Ytterbium: atoomnummer 70, atoomgewicht 173,04, elementnaam afgeleid van de vindplaats. De inhoud vanytterbiumin de korst bedraagt 0,000266%, voornamelijk aanwezig in fosforiet en zeldzame zwarte goudlagen, terwijl het gehalte in 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 bij 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
Metaalachtig ytterbiumis zilvergrijs, ductiel en heeft een zachte textuur. Bij kamertemperatuur kan ytterbium langzaam worden geoxideerd door lucht en water.
Er zijn twee kristalstructuren: α-type is een vlakgecentreerd kubisch kristalsysteem (kamertemperatuur -798 °C); β-type is een corpusgecentreerd kubisch rooster (boven 798 °C). Smeltpunt 824 °C, kookpunt 1427 °C, 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 aarden met variabele valentie en kan het zich, naast zijn driewaardige toestand, ook in een positieve tweewaardige toestand bevinden.
Vanwege deze variabele valentie-eigenschap dient de bereiding van metallisch ytterbium niet door elektrolyse te worden uitgevoerd, maar door middel van reductiedestillatie voor de bereiding en zuivering.lanthaanmetaalwordt gebruikt als reductiemiddel voor reductiedestillatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van het verschil tussen de hoge dampspanning van ytterbiummetaal en de lage dampspanning van lanthaanmetaal. Als alternatief,thulium, ytterbium, EnlutetiumConcentraten kunnen als grondstof worden gebruikt en metaallanthaan kan als reductiemiddel worden gebruikt. Onder hoge vacuümtemperaturen van >1100 °C en <0,133 Pa kan metaalytterbium direct worden geëxtraheerd door middel van reductiedestillatie.samariumEneuropium,Ytterbium kan ook worden gescheiden en gezuiverd door middel van natte reductie. Meestal worden concentraten van thulium, ytterbium en lutetium als grondstof gebruikt. Na oplossing wordt ytterbium gereduceerd tot een tweewaardige toestand, wat leidt tot aanzienlijke verschillen in eigenschappen, en vervolgens gescheiden van andere driewaardige zeldzame aarden. De productie van zeer zuiver ytterbiumoxide wordt meestal uitgevoerd door middel van extractiechromatografie of ionenwisseling.
Sollicitatie
Wordt gebruikt voor de productie van speciale legeringen.Ytterbiumlegeringenworden in de tandheelkunde gebruikt voor metallurgische en chemische experimenten.
Ytterbium is de laatste jaren sterk in opkomst en heeft zich snel ontwikkeld op het gebied van glasvezelcommunicatie en lasertechnologie.
Met de aanleg en ontwikkeling van de "informatiesnelweg" stellen computernetwerken en glasvezeltransmissiesystemen over lange afstanden steeds hogere eisen aan de prestaties van optische vezelmaterialen die in optische communicatie worden gebruikt. Ytterbiumionen kunnen, dankzij hun uitstekende spectrale eigenschappen, net als glasvezelversterkingsmaterialen voor optische communicatie worden gebruikt.erbiumEnthuliumHoewel het zeldzame aardelement erbium nog steeds de belangrijkste speler is bij de productie van glasvezelversterkers, hebben traditionele met erbium gedoteerde kwartsvezels een kleine versterkingsbandbreedte (30 nm), waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de eisen van snelle en krachtige informatieoverdracht. Yb3+-ionen hebben een veel grotere absorptiedoorsnede dan Er3+-ionen rond 980 nm. Dankzij het sensibiliserende effect van Yb3+ en de energieoverdracht van erbium en ytterbium kan het licht op 1530 nm sterk worden versterkt, waardoor de versterkingsefficiëntie van het licht aanzienlijk wordt verbeterd.
De laatste jaren is erbium-ytterbium-co-gedoteerd fosfaatglas steeds populairder geworden onder onderzoekers. Fosfaat- en fluorfosfaatglas hebben een goede chemische en thermische stabiliteit, evenals een brede infraroodtransmissie en grote niet-uniforme verbredingseigenschappen, waardoor ze ideale materialen zijn voor breedband en erbium-gedoteerde glasvezelversterking met hoge versterking. Yb3+-gedoteerde glasvezelversterkers kunnen zowel vermogensversterking als versterking van kleine signalen bereiken, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen zoals glasvezelsensoren, lasercommunicatie in de vrije ruimte en ultrakorte pulsversterking. China heeft momenteel 's werelds grootste optische transmissiesysteem met één kanaalcapaciteit en de hoogste snelheid gebouwd en beschikt over de breedste informatiesnelweg ter wereld. Ytterbium-gedoteerde en andere met zeldzame aarde gedoteerde glasvezelversterkers en lasermaterialen spelen hierin een cruciale en belangrijke rol.
De spectrale eigenschappen van ytterbium worden ook gebruikt als hoogwaardige lasermaterialen, zowel als laserkristallen, laserglas als fiberlaser. Als lasermateriaal met hoog vermogen hebben ytterbium-gedoteerde laserkristallen een enorme reeks gevormd, waaronder ytterbium-gedoteerdeyttrium aluminiumgranaat (Yb: YAG), gedoteerd met ytterbiumgadoliniumGalliumgranaat (Yb: GGG), ytterbium-gedoteerd calciumfluorofosfaat (Yb: FAP), ytterbium-gedoteerd strontiumfluorofosfaat (Yb: S-FAP), ytterbium-gedoteerd yttriumvanadaat (Yb: YV04), ytterbium-gedoteerd boraat en silicaat. Halfgeleiderlasers (LD) zijn een nieuw type pompbron voor vastestoflasers. Yb: YAG heeft veel eigenschappen 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 het publiek 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. Continu instelbaar tussen m. Volgens statistieken gebruiken de meeste infrarood-kernkoppen die wereldwijd in raketten worden gebruikt 3-5 μ. Daarom kan de ontwikkeling van Cr, Yb, Ho: YSGG-lasers effectieve interferentie bieden voor tegenmaatregelen tegen midden-infraroodgeleide wapens en heeft het een belangrijke militaire betekenis. China heeft een reeks innovatieve resultaten behaald met een internationaal geavanceerd niveau op het gebied van ytterbium-gedoteerde laserkristallen (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, enz.), waarbij belangrijke technologieën zoals kristalgroei en lasersnel, puls, continu en instelbaar uitgangsvermogen worden opgelost. De onderzoeksresultaten zijn toegepast in de nationale defensie, de industrie en de wetenschappelijke techniek. Ytterbium-gedoteerde kristalproducten zijn geëxporteerd naar verschillende landen en regio's, zoals de Verenigde Staten en Japan.
Een andere belangrijke categorie ytterbiumlasermaterialen is laserglas. Er zijn verschillende laserglazen met een hoge emissiedoorsnede ontwikkeld, waaronder germaniumtelluriet, siliciumniobaat, boraat en fosfaat. Dankzij het gemak van glasgieten kan het in grote formaten worden gemaakt en heeft het eigenschappen zoals een hoge lichttransmissie en een hoge uniformiteit, waardoor het mogelijk is om lasers met een hoog vermogen te produceren. Het bekende laserglas met zeldzame aarde werd vroeger voornamelijk gebruikt.neodymiumGlas, dat een ontwikkelingsgeschiedenis van meer dan 40 jaar heeft en een volwassen productie- en toepassingstechnologie. Het is altijd het voorkeursmateriaal geweest voor krachtige laserapparaten en wordt gebruikt in experimentele apparaten voor kernfusie en laserwapens. De in China gebouwde krachtige laserapparaten, bestaande uit lasers,neodymiumGlas als belangrijkste lasermedium heeft wereldwijd een geavanceerd niveau bereikt. Maar laserneodymiumglas staat nu voor een grote uitdaging: laserytterbiumglas.
De laatste jaren hebben talrijke onderzoeken aangetoond dat veel eigenschappen van laserytterbiumglas die vanneodymiumglas. Omdat ytterbium-gedoteerde luminescentie slechts twee energieniveaus heeft, is de energieopslagefficiëntie hoog. Bij dezelfde versterking heeft ytterbiumglas een energieopslagefficiëntie die 16 keer hoger is dan neodymiumglas en een fluorescentielevensduur die 3 keer zo hoog is als die van neodymiumglas. Het heeft ook voordelen zoals een hoge dopingconcentratie, absorptiebandbreedte en kan direct worden gepompt door halfgeleiders, 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 beide concurrenten en samenwerkingspartners op het gebied van laserglas.
Door de samenstelling van het glas aan te passen, kunnen veel luminescentie-eigenschappen van ytterbiumlaserglas worden verbeterd. Met de ontwikkeling van krachtige lasers als belangrijkste richting, worden lasers van ytterbiumlaserglas steeds vaker gebruikt in de moderne industrie, landbouw, geneeskunde, wetenschappelijk onderzoek en militaire toepassingen.
Militair gebruik: Het benutten van de energie die door kernfusie wordt opgewekt als energiebron is altijd al een verwacht doel geweest, en het bereiken van gecontroleerde kernfusie zal een belangrijk middel zijn voor de mensheid om energieproblemen op te lossen. Ytterbium-gedoteerd laserglas wordt in de 21e eeuw het voorkeursmateriaal voor het realiseren van verbeteringen in traagheidsopsluitingsfusie (ICF) vanwege de uitstekende laserprestaties.
Laserwapens gebruiken de enorme energie van een laserstraal om doelen te raken en te vernietigen. Ze genereren temperaturen van miljarden graden Celsius en vallen direct aan met de snelheid van het licht. Ze worden ook wel Nadana genoemd en zijn zeer dodelijk, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor moderne luchtverdedigingswapensystemen in oorlogsvoering. De uitstekende prestaties van ytterbium-gedoteerd laserglas hebben het tot een belangrijk basismateriaal gemaakt voor de productie van krachtige en hoogwaardige laserwapens.
Fiberlasers zijn een snel ontwikkelende nieuwe technologie en behoren ook tot het gebied van laserglastoepassingen. Fiberlasers zijn lasers die vezels als lasermedium gebruiken, een product van de combinatie van fiber- en lasertechnologie. Het is een nieuwe lasertechnologie die is ontwikkeld op basis van erbiumgedoteerde fiberversterkertechnologie (EDFA). Een fiberlaser bestaat uit een halfgeleiderlaserdiode als pompbron, een glasvezelgolfgeleider en een versterkingsmedium, en optische componenten zoals roostervezels en koppelingen. Er is geen mechanische aanpassing van het optische pad nodig en het mechanisme is compact en eenvoudig te integreren. Vergeleken met traditionele vastestoflasers en halfgeleiderlasers biedt de fiberlaser technologische en prestatievoordelen, zoals een hoge lichtbundelkwaliteit, goede stabiliteit, sterke weerstand tegen omgevingsinvloeden, geen aanpassing, geen onderhoud en een compacte structuur. Omdat de gedoteerde ionen voornamelijk Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3 en Ho+3 zijn, die allemaal zeldzame-aardevezels als versterkingsmedium gebruiken, kan de door het bedrijf ontwikkelde fiberlaser ook een zeldzame-aardevezellaser worden genoemd.
Lasertoepassing: Hoogvermogen ytterbium-gedoteerde dubbel beklede fiberlaser is de afgelopen jaren internationaal een hot field geworden in solid-state lasertechnologie. Het heeft de voordelen van een goede straalkwaliteit, compacte structuur en hoge conversie-efficiëntie, en heeft brede toepassingsperspectieven in industriële verwerking en andere gebieden. Dubbel beklede ytterbium-gedoteerde fibers zijn geschikt voor halfgeleiderlaserpompen, met een hoge koppelingsefficiëntie en een hoog laseruitgangsvermogen, en vormen de belangrijkste ontwikkelingsrichting van ytterbium-gedoteerde fibers. China's dubbel beklede ytterbium-gedoteerde fibertechnologie is niet langer op gelijke hoogte met het geavanceerde niveau van het buitenland. De in China ontwikkelde ytterbium-gedoteerde fiber, dubbel beklede ytterbium-gedoteerde fiber en erbium-ytterbium co-gedoteerde fiber 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 laserbedrijf IPG heeft onlangs aangekondigd dat hun nieuwe ytterbiumgedoteerde fiberlasersysteem uitstekende straaleigenschappen heeft, een pomplevensduur van meer dan 50.000 uur, een centrale emissiegolflengte van 1070 nm tot 1080 nm en een uitgangsvermogen tot 20 kW. Het systeem is toegepast bij fijn lassen, snijden en boren in gesteente.
Lasermaterialen vormen de kern en de basis voor de ontwikkeling van lasertechnologie. In de laserindustrie wordt al eeuwenlang gezegd: '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. Ytterbiumgedoteerde laserkristallen en laserglas, als de nieuwe kracht achter vaste lasermaterialen, bevorderen de innovatieve ontwikkeling van glasvezelcommunicatie en lasertechnologie, met name in geavanceerde lasertechnologieën zoals krachtige kernfusielasers, hoogenergetische beattilelasers en hoogenergetische wapenlasers.
Ytterbium wordt ook gebruikt als activator voor fluorescerend poeder, radiokeramiek, additieven voor elektronische computergeheugencomponenten (magnetische bubbels) en additieven voor optisch glas. Yttrium en yttrium zijn beide zeldzame aardmetalen. Hoewel er aanzienlijke verschillen zijn in Engelse namen en elementsymbolen, gebruikt het Chinese fonetische alfabet dezelfde lettergrepen. In sommige Chinese vertalingen wordt yttrium soms ten onrechte aangeduid als yttrium. In dit geval moeten we de oorspronkelijke tekst traceren en de elementsymbolen combineren om dit te bevestigen.
Plaatsingstijd: 13-09-2023