Ytterbium: atoomnummer 70, atoomgewicht 173.04, elementnaam afgeleid van de ontdekkingslocatie. De inhoud vanytterbiumin de korst is 0,000266%, voornamelijk aanwezig in afzettingen van fosforiet en zwart zeldzaam goud, terwijl het gehalte aan monaziet 0,03% bedraagt, met 7 natuurlijke isotopen.
Geschiedenis ontdekken
Ontdekt door: Marinak
Tijd: 1878
Locatie: Zwitserland
In 1878 ontdekten de Zwitserse chemici Jean Charles en G. Marignac een nieuw zeldzaam aardelement in ‘erbium’. In 1907 wezen Ulban en Weils erop dat Marignac een mengsel van lutetiumoxide en ytterbiumoxide scheidde. Ter nagedachtenis aan het kleine dorpje Yteerby nabij Stockholm, waar yttriumerts werd ontdekt, werd dit nieuwe element Ytterbium genoemd met het symbool Yb.
Elektronenconfiguratie
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metaal
Metaalytterbiumis zilvergrijs, taai en heeft een zachte textuur. Bij kamertemperatuur kan ytterbium langzaam worden geoxideerd door lucht en water.
Er zijn twee kristalstructuren: α- Het type is een kubisch kristalsysteem met het gezicht gecentreerd (kamertemperatuur -798 ℃); β- Het type is een op het lichaam gecentreerd kubisch (boven 798 ℃) rooster. Smeltpunt 824 ℃, kookpunt 1427 ℃, relatieve dichtheid 6,977 (α-type), 6,54 (β-type).
Onoplosbaar in koud water, oplosbaar in zuren en vloeibare ammoniak. Het is vrij stabiel in de lucht. Net als samarium en europium behoort ytterbium tot de zeldzame aarde met variabele valentie en kan het zich naast gewoonlijk driewaardig ook in een positieve tweewaardige toestand bevinden.
Vanwege deze variabele valentiekarakteristiek mag de bereiding van metallisch ytterbium niet worden uitgevoerd door middel van elektrolyse, maar door middel van een reductiedestillatiemethode voor bereiding en zuivering. Gebruikelijk,lanthaan metaalwordt gebruikt als reductiemiddel voor reductiedestillatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van het verschil tussen de hoge dampdruk van ytterbiummetaal en de lage dampdruk van lanthaanmetaal. Als alternatief,thulium, ytterbium, EnlutetiumConcentraten kunnen als grondstof worden gebruikt en metaallanthaan kan als reductiemiddel worden gebruikt. Onder vacuümomstandigheden bij hoge temperaturen van> 1100 ℃ en <0,133 Pa kan metaalytterbium direct worden geëxtraheerd door reductiedestillatie. Leuk vindenSamariumEneuropium,Ytterbium kan ook worden gescheiden en gezuiverd door middel van natte reductie. Meestal worden thulium-, ytterbium- en lutetiumconcentraten als grondstoffen gebruikt. Na oplossing wordt ytterbium teruggebracht tot een tweewaardige toestand, wat aanzienlijke verschillen in eigenschappen veroorzaakt, en vervolgens gescheiden van andere driewaardige zeldzame aardmetalen. De productie van zeer zuiver ytterbiumoxide wordt gewoonlijk uitgevoerd door extractiechromatografie of ionenuitwisselingsmethode
Sollicitatie
Gebruikt voor de productie van speciale legeringen.Ytterbium-legeringenzijn in de tandheelkunde toegepast voor metallurgische en chemische experimenten.
De afgelopen jaren is ytterbium ontstaan en heeft zich snel ontwikkeld op het gebied van glasvezelcommunicatie en lasertechnologie.
Met de constructie en ontwikkeling van de “informatiesnelweg” stellen computernetwerken en optische vezeltransmissiesystemen over lange afstanden steeds hogere eisen aan de prestaties van optische vezelmaterialen die worden gebruikt in optische communicatie. Ytterbium-ionen kunnen vanwege hun uitstekende spectrale eigenschappen worden gebruikt als vezelversterkingsmaterialen voor optische communicatie, net alserbiumEnthulium. Hoewel erbium met zeldzame aardmetalen nog steeds de belangrijkste speler is bij de vervaardiging van vezelversterkers, hebben traditionele met erbium gedoteerde kwartsvezels een kleine versterkingsbandbreedte (30 nm), waardoor het moeilijk wordt om te voldoen aan de eisen van informatieoverdracht met hoge snelheid en hoge capaciteit. Yb3+ionen hebben een veel grotere absorptiedoorsnede dan Er3+ionen rond 980 nm. Door het sensibiliseringseffect van Yb3+ en de energieoverdracht van erbium en ytterbium kan het 1530 nm-licht aanzienlijk worden verbeterd, waardoor de versterkingsefficiëntie van het licht aanzienlijk wordt verbeterd.
De afgelopen jaren krijgt erbium ytterbium-co-gedoteerd fosfaatglas steeds meer de voorkeur van onderzoekers. Fosfaat- en fluorfosfaatglazen hebben een goede chemische en thermische stabiliteit, evenals een brede infrarooddoorlaatbaarheid en grote niet-uniforme verbredingseigenschappen, waardoor ze ideale materialen zijn voor breedband en erbium-gedoteerd versterkingsglasvezel met hoge versterking. Yb3+gedoteerde vezelversterkers kunnen vermogensversterking en kleine signaalversterking bereiken, waardoor ze geschikt zijn voor velden zoals glasvezelsensoren, lasercommunicatie in de vrije ruimte en versterking van ultrakorte puls. China heeft momenteel 's werelds grootste éénkanaalscapaciteit en het snelste optische transmissiesysteem gebouwd, en beschikt over de breedste informatiesnelweg ter wereld. Ytterbium-gedoteerde en andere met zeldzame aardmetalen gedoteerde vezelversterkers en lasermaterialen spelen daarin een cruciale en belangrijke rol.
De spectrale eigenschappen van ytterbium worden ook gebruikt als hoogwaardige lasermaterialen, zowel als laserkristallen, laserglazen en fiberlasers. Als lasermateriaal met hoog vermogen hebben met ytterbium gedoteerde laserkristallen een enorme reeks gevormd, waaronder met ytterbium gedoteerdeyttrium aluminiumgranaat (Yb: YAG), ytterbium gedoteerdgadoliniumgalliumgranaat (Yb: GGG), ytterbium gedoteerd calciumfluorfosfaat (Yb: FAP), ytterbium gedoteerd strontiumfluorfosfaat (Yb: S-FAP), ytterbium gedoteerd yttriumvanadaat (Yb: YV04), ytterbium gedoteerd boraat en silicaat. Halfgeleiderlaser (LD) is een nieuw type pompbron voor vastestoflasers. Yb: YAG heeft veel kenmerken die geschikt zijn voor LD-pompen met hoog vermogen en is een lasermateriaal geworden voor LD-pompen met hoog vermogen. Yb: S-FAP-kristal kan in de toekomst worden gebruikt als lasermateriaal voor laserkernfusie, wat de aandacht van mensen heeft getrokken. In afstembare laserkristallen bevindt zich chroom ytterbium holmium yttrium aluminium gallium granaat (Cr, Yb, Ho: YAGG) met golflengten variërend van 2,84 tot 3,05 μ. Traploos instelbaar tussen m. Volgens statistieken gebruiken de meeste infraroodkernkoppen die in raketten over de hele wereld worden gebruikt 3-5 μ. Daarom kan de ontwikkeling van Cr, Yb, Ho: YSGG-lasers effectieve interferentie bieden voor tegenmaatregelen tegen middeninfraroodgeleide wapens, en heeft dit een belangrijke militaire betekenis. China heeft een reeks innovatieve resultaten bereikt met internationaal geavanceerd niveau op het gebied van met ytterbium gedoteerde laserkristallen (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, enz.), waarbij sleuteltechnologieën zoals kristalgroei en lasersnel, puls-, continue en instelbare output. De onderzoeksresultaten zijn toegepast in de nationale defensie, industrie en wetenschappelijke techniek, en met ytterbium gedoteerde kristalproducten zijn geëxporteerd naar meerdere landen en regio's, zoals de Verenigde Staten en Japan.
Een andere belangrijke categorie ytterbiumlasermaterialen is laserglas. Er zijn verschillende laserglazen met hoge emissie in dwarsdoorsnede ontwikkeld, waaronder germaniumtelluriet, siliciumniobaat, boraat en fosfaat. Vanwege het gemak van het gieten van glas kan het in grote maten worden gemaakt en heeft het kenmerken zoals een hoge lichtdoorlatendheid en hoge uniformiteit, waardoor het mogelijk is lasers met hoog vermogen te produceren. Vroeger was dat vooral het bekende zeldzame aardlaserglasneodymiumglas, met een ontwikkelingsgeschiedenis van meer dan 40 jaar en een volwassen productie- en toepassingstechnologie. Het is altijd het voorkeursmateriaal geweest voor laserapparaten met hoog vermogen en is gebruikt in experimentele apparaten voor kernfusie en laserwapens. De krachtige laserapparaten gebouwd in China, bestaande uit laserneodymiumglas als het belangrijkste lasermedium, hebben het geavanceerde niveau van de wereld bereikt. Maar laser-neodymiumglas staat nu voor een krachtige uitdaging van laser-ytterbiumglas.
De afgelopen jaren heeft een groot aantal onderzoeken aangetoond dat veel eigenschappen van laser-ytterbiumglas groter zijn dan die van laser-ytterbiumglasneodymiumglas. Vanwege het feit dat ytterbium-gedoteerde luminescentie slechts twee energieniveaus heeft, is de energieopslagefficiëntie hoog. Bij dezelfde winst heeft ytterbiumglas een energieopslagefficiëntie die 16 keer hoger is dan neodymiumglas, en een fluorescentielevensduur die drie keer zo hoog is als die van neodymiumglas. Het heeft ook voordelen zoals een hoge doteringsconcentratie, absorptiebandbreedte en kan rechtstreeks door halfgeleiders worden gepompt, waardoor het zeer geschikt is voor lasers met hoog vermogen. De praktische toepassing van ytterbiumlaserglas is echter vaak afhankelijk van de hulp van neodymium, zoals het gebruik van Nd3+ als sensibilisator om ytterbiumlaserglas te laten werken bij kamertemperatuur en μ-laseremissie wordt bereikt bij m golflengte. Ytterbium en neodymium zijn dus zowel concurrenten als samenwerkingspartners op het gebied van laserglas.
Door de glassamenstelling aan te passen kunnen veel luminescerende eigenschappen van ytterbiumlaserglas worden verbeterd. Met de ontwikkeling van krachtige lasers als hoofdrichting, worden lasers gemaakt van ytterbiumlaserglas steeds vaker gebruikt in de moderne industrie, landbouw, geneeskunde, wetenschappelijk onderzoek en militaire toepassingen.
Militair gebruik: Het gebruik van de door kernfusie gegenereerde energie als energie is altijd een verwacht doel geweest, en het bereiken van gecontroleerde kernfusie zal voor de mensheid een belangrijk middel zijn om energieproblemen op te lossen. Ytterbium-gedoteerd laserglas wordt in de 21e eeuw het voorkeursmateriaal voor het bereiken van inertiële opsluitingsfusie (ICF)-upgrades vanwege de uitstekende laserprestaties.
Laserwapens gebruiken de enorme energie van een laserstraal om doelen te raken en te vernietigen, waarbij temperaturen van miljarden graden Celsius worden gegenereerd en rechtstreeks worden aangevallen met de snelheid van het licht. Ze kunnen Nadana worden genoemd en hebben een grote dodelijkheid, vooral geschikt voor moderne luchtverdedigingswapensystemen in oorlogsvoering. De uitstekende prestaties van met ytterbium gedoteerd laserglas hebben het tot een belangrijk basismateriaal gemaakt voor de productie van krachtige en krachtige laserwapens.
Fiberlaser is een zich snel ontwikkelende nieuwe technologie en behoort ook tot het gebied van laserglastoepassingen. Vezellaser is een laser die vezels als lasermedium gebruikt, wat een product is van de combinatie van vezel- en lasertechnologie. Het is een nieuwe lasertechnologie ontwikkeld op basis van erbium-gedoteerde vezelversterkertechnologie (EDFA). Een fiberlaser bestaat uit een halfgeleiderlaserdiode als pompbron, een glasvezelgolfgeleider en een versterkingsmedium, en optische componenten zoals roostervezels en koppelaars. Er is geen mechanische aanpassing van het optische pad vereist en het mechanisme is compact en eenvoudig te integreren. Vergeleken met traditionele solid-state lasers en halfgeleiderlasers heeft het technologische en prestatievoordelen zoals hoge straalkwaliteit, goede stabiliteit, sterke weerstand tegen omgevingsinvloeden, geen aanpassing, geen onderhoud en een compacte structuur. Vanwege het feit dat de gedoteerde ionen voornamelijk Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3 zijn, die allemaal zeldzame aardvezels als versterkingsmedium gebruiken, kan de door het bedrijf ontwikkelde fiberlaser ook een zeldzame-aardevezellaser genoemd.
Lasertoepassing: Hoogvermogen, met ytterbium gedoteerde, dubbel beklede vezellaser is de afgelopen jaren internationaal een hot field geworden in de vastestoflasertechnologie. Het heeft de voordelen van een goede straalkwaliteit, compacte structuur en hoge conversie-efficiëntie, en heeft brede toepassingsmogelijkheden op industriële verwerking en andere gebieden. Dubbel beklede ytterbium-gedoteerde vezels zijn geschikt voor halfgeleiderlaserpompen, met een hoge koppelingsefficiëntie en een hoog laseruitgangsvermogen, en zijn de belangrijkste ontwikkelingsrichting van met ytterbium gedoteerde vezels. De dubbel beklede, met ytterbium gedoteerde vezeltechnologie van China is niet langer op één lijn met het geavanceerde niveau van het buitenland. De in China ontwikkelde ytterbium-gedoteerde vezels, dubbel beklede ytterbium-gedoteerde vezels en erbium-ytterbium-co-gedoteerde vezels hebben het geavanceerde niveau van vergelijkbare buitenlandse producten bereikt in termen van prestaties en betrouwbaarheid, hebben kostenvoordelen en beschikken over gepatenteerde kerntechnologieën voor meerdere producten en methoden .
Het wereldberoemde Duitse IPG-laserbedrijf heeft onlangs aangekondigd dat hun onlangs gelanceerde ytterbium-gedoteerde fiberlasersysteem uitstekende straaleigenschappen heeft, een pomplevensduur van meer dan 50.000 uur, een centrale emissiegolflengte van 1070 nm-1080 nm en een uitgangsvermogen van maximaal 20 kW. Het is toegepast bij fijn lassen, snijden en boren in rotsen.
Lasermaterialen vormen de kern en basis voor de ontwikkeling van lasertechnologie. Er is in de laserindustrie altijd een gezegde geweest dat luidt: 'één generatie materialen, één generatie apparaten'. Om geavanceerde en praktische laserapparaten te ontwikkelen, is het noodzakelijk om eerst over hoogwaardige lasermaterialen te beschikken en andere relevante technologieën te integreren. Ytterbium-gedoteerde laserkristallen en laserglas bevorderen, als de nieuwe kracht van vaste lasermaterialen, de innovatieve ontwikkeling van glasvezelcommunicatie en lasertechnologie, vooral in de allernieuwste lasertechnologieën zoals krachtige kernfusielasers, hoge-energie-beatlasers tegellasers en hoogenergetische wapenlasers.
Daarnaast wordt ytterbium ook gebruikt als activator van fluorescerend poeder, radiokeramiek, additieven voor elektronische computergeheugencomponenten (magnetische bubbels) en optische glasadditieven. Er moet op worden gewezen dat yttrium en yttrium beide zeldzame aardelementen zijn. Hoewel er aanzienlijke verschillen zijn in Engelse namen en elementsymbolen, heeft het Chinese fonetische alfabet dezelfde lettergrepen. In sommige Chinese vertalingen wordt yttrium soms ten onrechte yttrium genoemd. In dit geval moeten we de originele tekst traceren en elementsymbolen combineren om te bevestigen.
Posttijd: 13 september 2023