Magisches Seltenerdelement: Ytterbium

Ytterbium: Atomic Number 70, Atomgewicht 173.04, Elementname aus seinem Entdeckungsort abgeleitet. Der Gehalt an Ytterbium in der Kruste beträgt 0,000266%, hauptsächlich in Phosphorit- und schwarzen seltenen Goldablagerungen. Der Gehalt in Monazit beträgt 0,03%und es gibt 7 natürliche Isotope

Entdeckt

Von: Marinak

Zeit: 1878

Ort: Schweiz

1878 entdeckten die Schweizer Chemiker Jean Charles und G Marignac in „Erbium“ ein neues Element für seltene Erden. Im Jahr 1907 wiesen Ulban und Weils darauf hin, dass Marignac eine Mischung aus Lutetiumoxid und Ytterbiumoxid trennte. In Erinnerung an das kleine Dorf namens Yteerby in der Nähe von Stockholm, wo Yttrium Ore entdeckt wurde, wurde dieses neue Element Ytterbium mit dem Symbol YB genannt.

Elektronenkonfiguration

Elektronenkonfiguration
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metall

Metallic Ytterbium ist silbergrau, duktil und hat eine weiche Textur. Bei Raumtemperatur kann Ytterbium langsam durch Luft und Wasser oxidiert werden.

Es gibt zwei Kristallstrukturen: α- Der Typ ist ein Gesichtszentrum -Kubikkristallsystem (Raumtemperatur -798 ℃); β- Der Typ ist ein körperzentriertes kubisches (über 798 ℃) Gitter. Schmelzpunkt 824 ℃, Siedepunkt 1427 ℃, relative Dichte 6,977 （α-Typ), 6,54 （β-Typ).

Unlöslich in kaltem Wasser, löslich in Säuren und flüssigem Ammoniak. Es ist ziemlich stabil in der Luft. Ähnlich wie Samarium und Europium gehört Ytterbium zur variablen Valenz -Seltenenerde und kann auch in einem positiven trennen Zustand sein, zusätzlich zu der normalerweise tribelwivierenden.

Aufgrund dieser variablen Valenzmerkmale sollte die Herstellung von metallischem Ytterbium nicht durch Elektrolyse durchgeführt werden, sondern durch Reduktionsdestillationsmethode für die Herstellung und Reinigung. Normalerweise wird Lanthan -Metall als Reduktionsmittel für die Reduktionsdestillation verwendet, wobei der Unterschied zwischen dem hohen Dampfdruck von Ytterbium -Metall und dem niedrigen Dampfdruck von Lanthan -Metall verwendet wird. Alternativ,Thulium, Ytterbium, UndLutetiumKonzentrate können als Rohstoffe verwendet werden undMetall Lanthankann als Reduktionsmittel verwendet werden. Unter hohen Temperatur -Vakuumbedingungen von> 1100 ℃ und <0,133Pa kann Metall Ytterbium direkt durch Reduktionsdestillation extrahiert werden. Wie Samarium und Europium kann auch Ytterbium durch nasse Reduktion getrennt und gereinigt werden. Normalerweise werden Thulium-, Ytterbium- und Lutetiumkonzentrate als Rohstoffe verwendet. Nach der Auflösung wird Ytterbium auf einen zweifesten Zustand reduziert, was signifikante Unterschiede in den Eigenschaften verursacht und dann von anderen dreifachen Seltenen erden getrennt ist. Die Produktion von hoher PuritätYtterbiumoxidwird normalerweise durch Extraktionschromatographie oder Ionenaustauschmethode durchgeführt。

Anwendung

Wird zur Herstellung spezieller Legierungen verwendet. Ytterbium -Legierungen wurden in der Zahnmedizin für metallurgische und chemische Experimente angewendet.

In den letzten Jahren hat sich Ytterbium in den Bereichen der Glasfaserkommunikation und der Lasertechnologie schnell entwickelt und schnell entwickelt.

Mit der Konstruktion und Entwicklung des „Information Highway“ haben Computernetzwerke und langtische faserübertragende Systeme immer hohe Anforderungen an die Leistung von in der optischen Kommunikation verwendeten optischen Fasermaterialien. Ytterbium -Ionen können aufgrund ihrer hervorragenden spektralen Eigenschaften als Faserverstärkungsmaterial für die optische Kommunikation verwendet werden, genau wie Erbium und Thulium. Obwohl das Seltenerdelement Erbium immer noch der Hauptakteur bei der Vorbereitung von Faserverstärkern ist, haben traditionelle Erbium-dotierte Quarzfasern eine kleine Gewinnbandbreite (30 nm), was es schwierig macht, die Anforderungen der Informationsübertragung mit hoher Geschwindigkeit und Hochgeschwindigkeitszahlungen zu erfüllen. YB3+-Ionen haben einen viel größeren Absorptionsquerschnitt als ER3+-Ionen um 980 nm. Durch den Sensibilisierungseffekt von YB3+und der Energieübertragung von Erbium und Ytterbium kann das 1530 -nm -Licht erheblich verbessert werden, wodurch die Amplifikationseffizienz des Lichts erheblich verbessert wird.

In den letzten Jahren wurde Erbium ytterbium Co dotiertes Phosphatglas von Forschern zunehmend bevorzugt. Phosphat- und Fluorophosphatgläser weisen eine gute chemische und thermische Stabilität sowie eine breite Infrarotübertragung und große ungleichmäßige Verbreiterungseigenschaften auf, wodurch sie ideale Materialien für Breitband und Hochgewinn-ERBIUM-dotiertes Verstärkungsglas sind. YB3+Dotierfaserverstärker können eine Leistungsverstärkung und eine kleine Signalverstärkung erreichen, wodurch sie für Felder wie Glasfasersensoren, Laserkommunikation freier Speicherplatz und ultra -kurze Impulsamplifikation geeignet sind. China hat derzeit das weltweit größte Einzelkanalkapazität und das schnellste optische Übertragungssystem der Geschwindigkeit aufgebaut und verfügt über die breiteste Informationsstraße der Welt. Ytterbium dotierte und andere Seltenerd -Faserverstärker und Lasermaterialien spielen in ihnen eine entscheidende und bedeutende Rolle.

Die spektralen Eigenschaften von Ytterbium werden auch als hochwertige Lasermaterialien verwendet, sowohl als Laserkristalle, Lasergläser als auch als Faserlaser. As a high-power laser material, ytterbium doped laser crystals have formed a huge series, including ytterbium doped yttrium aluminum garnet (Yb: YAG), ytterbium doped gadolinium gallium garnet (Yb: GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb: FAP), ytterbium doped strontium Fluorophosphat (YB: S-FAP), Ytterbium-dotiertes Yttrium-Vanadat (YB: YV04), Ytterbium-dotiertes Borat und Silikat. Semiconductor Laser (LD) ist eine neue Art von Pumpenquelle für Festkörperlaser. YB: YAG hat viele Eigenschaften, die für Hochleistungs-LD-Pumpen geeignet sind, und ist zu einem Lasermaterial für das LD-Pumpen von Hochleistungen geworden. YB: S-FAP-Kristall kann in Zukunft als Lasermaterial für Laser-Kernfusion verwendet werden, was die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen hat. In abstimmbaren Laserkristallen gibt es Chrom -Ytterbium -Holmium -Yttrium -Aluminium -Gallium -Granat (Cr, Yb, Ho: Yagg) mit Wellenlängen von 2,84 bis 3,05 μ kontinuierlich einstellbar zwischen m. Laut Statistiken verwenden die meisten der in Raketen auf der ganzen Welt verwendeten Infrarot-Sprengköpfe 3-5 μ Daher können die Entwicklung von CR, YB, HO: YSGG-Laser eine wirksame Einmischung für Mid-Infrarot-Lenkwaffen-Gegenmaßnahmen ermöglichen und eine wichtige militärische Bedeutung haben. China hat eine Reihe von innovativen Ergebnissen mit internationalem fortgeschrittenem Niveau im Bereich von Ytterbium -dotierten Laserkristallen (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP usw.) erzielt, die Schlüsseltechnologien wie Kristallwachstum und Laser schnell, puls, kontinuierlich und einstellbares Ergebnis lösen. Die Forschungsergebnisse wurden in der nationalen Verteidigung, Industrie und wissenschaftlichem Ingenieurwesen angewendet, und Ytterbium dotierte Kristallprodukte wurden in mehrere Länder und Regionen wie die Vereinigten Staaten und Japan exportiert.

Eine weitere Hauptkategorie von Ytterbium -Lasermaterialien ist Laserglas. Es wurden verschiedene Lasergläser mit hoher Emissionsquerschnitt entwickelt, darunter Germanium-Tellurit, Silizium-Niobat, Borat und Phosphat. Aufgrund der Leichtigkeit des Glasformens kann es in große Größen verarbeitet werden und weist Eigenschaften wie hohe Lichtübertragung und hohe Gleichmäßigkeit auf, was es ermöglicht, Hochleistungslaser zu produzieren. Das bekannte Laserglas Seltener erd war früher hauptsächlich Neodymglas, das eine Entwicklungsgeschichte von über 40 Jahren und ausgereifte Produktions- und Anwendungstechnologie hat. Es war schon immer das bevorzugte Material für Hochleistungslasergeräte und wurde für experimentelle Geräte für nukleare Fusion und Laserwaffen eingesetzt. Die in China gebauten Hochleistungslasergeräte, bestehend aus Laser-Neodymglas als Hauptlasermedium, haben das weltweit fortgeschrittene Niveau erreicht. Aber Laser -Neodymglas steht jetzt einer starken Herausforderung durch Laser -Ytterbium -Glas.

In den letzten Jahren hat eine große Anzahl von Studien gezeigt, dass viele Eigenschaften von Laser -Ytterbium -Glas die von Neodymglas überschreiten. Aufgrund der Tatsache, dass Ytterbium dotiertes Lumineszenz nur zwei Energieniveaus aufweist, ist die Energiespeicherungseffizienz hoch. Bei gleicher Gewinnung hat Ytterbiumglas eine 16 -fache einer Energiespeicherffizienz als Neodymglas und eine 3 -fache der Fluoreszenzlebensdauer von Neodymglas. Es hat auch Vorteile wie eine hohe Dopingkonzentration, Absorptionsbandbreite und kann direkt von Halbleitern gepumpt werden, wodurch es für Hochleistungslaser sehr geeignet ist. Die praktische Anwendung von Ytterbium -Laserglas beruht jedoch häufig auf der Unterstützung von Neodym, z. Ytterbium und Neodym sind also sowohl Konkurrenten als auch kollaborative Partner auf dem Gebiet von Laserglas.

Durch die Einstellung der Glaszusammensetzung können viele Lumineszenzeigenschaften von Ytterbium -Laserglas verbessert werden. Mit der Entwicklung von Hochleistungslasern als Hauptrichtung werden Laser aus Ytterbium-Laserglas in modernen Industrie-, Landwirtschafts-, Medizin-, wissenschaftlichen Forschung und militärischen Anwendungen zunehmend häufig eingesetzt.

Militärische Nutzung: Die Verwendung der durch nuklearen Fusion als Energie erzeugten Energie war schon immer ein erwartetes Ziel, und das Erreichen der kontrollierten nuklearen Fusion ist ein wichtiges Mittel für die Menschheit, um Energieprobleme zu lösen. Ytterbium dotiertes Laserglas wird aufgrund seiner hervorragenden Laserleistung zum bevorzugten Material für die Erzielung von Inertial -Haft -Fusions -Upgrades (ICF) im 21. Jahrhundert.

Laserwaffen nutzen die enorme Energie eines Laserstrahls, um Ziele zu treffen und zu zerstören, wodurch Temperaturen von Milliarden Grad Celsius erzeugt und direkt mit Lichtgeschwindigkeit angreift. Sie können als Nadana bezeichnet werden und haben eine große Letalität, insbesondere für moderne Luftverteidigungswaffensysteme in der Kriegsführung. Die hervorragende Leistung von Ytterbium dotiertem Laserglas hat es zu einem wichtigen Grundmaterial für die Herstellung von Hochleistungs- und Hochleistungs-Laserwaffen gemacht.

Faserlaser ist eine sich schnell entwickelnde neue Technologie und gehört auch zum Gebiet der Laserglasanwendungen. Faserlaser ist ein Laser, der Faser als Lasermedium verwendet, das ein Produkt der Kombination aus Faser- und Lasertechnologie ist. Es handelt sich um eine neue Lasertechnologie, die auf der Grundlage der EDFA -Technologie (ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER) entwickelt wurde. Ein Faserlaser besteht aus einer Halbleiterlaserdiode als Pumpequelle, einem Glasfaserwellenleiter und einem Verstärkungsmedium sowie optischen Komponenten wie Gitterfasern und Kopplungen. Es erfordert keine mechanische Einstellung des optischen Pfades, und der Mechanismus ist kompakt und leicht zu integrieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Festkörperlasern und Halbleiterlasern verfügt es über technologische und leistungsfähige Vorteile wie Hochstrahlqualität, gute Stabilität, starke Widerstand gegen Umweltinterferenzen, keine Anpassung, keine Wartung und kompakte Struktur. Aufgrund der Tatsache, dass die dotierten Ionen hauptsächlich ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3 sind, die alle Seltenerdfasern als Gewinnmedien verwenden, kann der von dem Unternehmen entwickelte Faserlaser auch als Faserlaser für Seltene Erdungen bezeichnet werden.

Laseranwendung: Hochleistungs-Ytterbium-dotierte Doppelklad-Faser-Laser ist in den letzten Jahren international zu einem heißen Feld in der Festkörper-Laser-Technologie geworden. Es hat die Vorteile einer guten Strahlqualität, kompakten Struktur und einer hohen Umwandlungseffizienz und umfassende Anwendungsaussichten in der industriellen Verarbeitung und anderen Bereichen. Doppelte ytterbium dotierte Fasern eignen sich für die Halbleiterlaserpumpe mit hoher Kupplungseffizienz und hoher Laserausgangsleistung und sind die Hauptentwicklungsrichtung von Ytterbium -dotierten Fasern. Chinas doppelt gekleidete Ytterbium -dotierte Fasertechnologie ist nicht mehr dem fortgeschrittenen Ausland. Die in China entwickelte Ytterbium -dotierte Faser, doppelt gekleidete Ytterbium -dotierte Faser und Erbium Ytterbium Co -dotierte Faser haben das fortgeschrittene Niveau ähnlicher ausländischer Produkte in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit erreicht, haben Kostenvorteile und haben kernpatentierte Technologien für mehrere Produkte und Methoden.

Das weltbekannte deutsche IPG-Laserunternehmen kündigte kürzlich an, dass ihr neu gestartete Ytterbium dotiertes Faserlasersystem hervorragende Strahleigenschaften, eine Pumpenlebensdauer von über 50000 Stunden, eine zentrale Emissionswellenlänge von 1070 Nm-1080 nm und eine Ausgangsleistung von bis zu 20 kW aufweist. Es wurde in feinem Schweißen, Schneiden und Felsbohrungen aufgetragen.

Lasermaterialien sind der Kern und die Grundlage für die Entwicklung der Lasertechnologie. In der Laserbranche gab es immer ein Sprichwort, dass eine Generation von Materialien, eine Generation von Geräten. Um fortschrittliche und praktische Lasergeräte zu entwickeln, müssen zunächst leistungsstarke Lasermaterialien besitzt und andere relevante Technologien integriert werden. Ytterbium dotierte Laserkristalle und Laserglas als neue Kraft solider Lasermaterialien fördern die innovative Entwicklung der Faserkommunikation und der Lasertechnologie, insbesondere bei hochmodernen Lasertechnologien wie Lasern mit Hochleistungs-Kernfusionsfusions, hochenergy Beat-Fliesen-Lasern und High-Energy-Lasern.

Darüber hinaus wird Ytterbium auch als Fluoreszenzpulveraktivator, Funkkeramik, Additive für elektronische Computerspeicherkomponenten (Magnetblasen) und optische Glasadditive verwendet. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass Yttrium und Yttrium beide Seltenerdelemente sind. Obwohl es signifikante Unterschiede in englischen Namen und Elementsymbolen gibt, hat das chinesische phonetische Alphabet die gleichen Silben. In einigen chinesischen Übersetzungen wird Yttrium manchmal fälschlicherweise als Yttrium bezeichnet. In diesem Fall müssen wir den Originaltext verfolgen und Elementsymbole kombinieren, um sie zu bestätigen.