Unsur Nadir Bumi Ajaib: Ytterbium

Ytterbium: nombor atom 70, berat atom 173.04, nama unsur yang diperoleh daripada lokasi penemuannya. Kandungan ytterbium dalam kerak adalah 0.000266%, terutamanya terdapat dalam phosphorite dan deposit emas jarang hitam. Kandungan dalam monazite ialah 0.03%, dan terdapat 7 isotop semula jadi

Ditemui

Oleh: Marinak

Masa: 1878

Lokasi: Switzerland

Pada tahun 1878, ahli kimia Switzerland Jean Charles dan G Marignac menemui unsur nadir bumi baharu dalam "erbium". Pada tahun 1907, Ulban dan Weils menegaskan bahawa Marignac memisahkan campuran lutetium oksida dan ytterbium oksida. Untuk mengenang kampung kecil bernama Yteerby berhampiran Stockholm, tempat bijih yttrium ditemui, unsur baru ini dinamakan Ytterbium dengan simbol Yb.

Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14

logam

Ytterbium logam berwarna kelabu perak, mulur, dan mempunyai tekstur yang lembut. Pada suhu bilik, ytterbium boleh dioksidakan secara perlahan oleh udara dan air.

Terdapat dua struktur kristal: α- Jenisnya ialah sistem hablur padu berpusat muka (suhu bilik -798 ℃); β- Jenisnya ialah kekisi padu berpusat badan (di atas 798 ℃). Takat lebur 824 ℃, takat didih 1427 ℃, ketumpatan relatif 6.977（ α- Jenis), 6.54（ β- Jenis).

Tidak larut dalam air sejuk, larut dalam asid dan cecair ammonia. Ia agak stabil di udara. Sama seperti samarium dan europium, ytterbium tergolong dalam nadir bumi valensi boleh ubah, dan juga boleh berada dalam keadaan divalen positif selain daripada biasanya trivalen.

Disebabkan oleh ciri valensi yang berubah-ubah ini, penyediaan ytterbium logam tidak boleh dilakukan dengan elektrolisis, tetapi dengan kaedah penyulingan pengurangan untuk penyediaan dan penulenan. Biasanya, logam lanthanum digunakan sebagai agen pengurangan untuk penyulingan pengurangan, menggunakan perbezaan antara tekanan wap tinggi logam ytterbium dan tekanan wap rendah logam lanthanum. Sebagai alternatif,tulium, ytterbium, danlutetiumpekat boleh digunakan sebagai bahan mentah, danlanthanum logamboleh digunakan sebagai agen pengurangan. Di bawah keadaan vakum suhu tinggi>1100 ℃ dan<0.133Pa, ytterbium logam boleh terus diekstrak melalui penyulingan pengurangan. Seperti samarium dan europium, ytterbium juga boleh dipisahkan dan disucikan melalui pengurangan basah. Biasanya, pekat thulium, ytterbium, dan lutetium digunakan sebagai bahan mentah. Selepas pembubaran, ytterbium dikurangkan kepada keadaan divalen, menyebabkan perbezaan ketara dalam sifat, dan kemudian dipisahkan daripada nadir bumi trivalen lain. Pengeluaran ketulenan tinggiytterbium oksidabiasanya dilakukan dengan kromatografi pengekstrakan atau kaedah pertukaran ion。

Permohonan

Digunakan untuk pembuatan aloi khas. Aloi Ytterbium telah digunakan dalam perubatan pergigian untuk eksperimen metalurgi dan kimia.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ytterbium telah muncul dan berkembang pesat dalam bidang komunikasi gentian optik dan teknologi laser.

Dengan pembinaan dan pembangunan "lebuh raya maklumat", rangkaian komputer dan sistem penghantaran gentian optik jarak jauh mempunyai keperluan yang semakin tinggi untuk prestasi bahan gentian optik yang digunakan dalam komunikasi optik. Ion Ytterbium, kerana sifat spektrumnya yang sangat baik, boleh digunakan sebagai bahan penguatan gentian untuk komunikasi optik, sama seperti erbium dan thulium. Walaupun erbium unsur nadir bumi masih menjadi pemain utama dalam penyediaan penguat gentian, gentian kuarza dop erbium tradisional mempunyai lebar jalur keuntungan yang kecil (30nm), menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan penghantaran maklumat berkelajuan tinggi dan berkapasiti tinggi. Ion Yb3+ mempunyai keratan rentas serapan yang lebih besar daripada ion Er3+ sekitar 980nm. Melalui kesan pemekaan Yb3+ dan pemindahan tenaga erbium dan ytterbium, cahaya 1530nm boleh dipertingkatkan dengan banyak, sekali gus meningkatkan kecekapan amplifikasi cahaya.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, erbium ytterbium co doped kaca fosfat semakin digemari oleh penyelidik. Gelas fosfat dan fluorofosfat mempunyai kestabilan kimia dan terma yang baik, serta pemancaran inframerah lebar dan ciri-ciri pelebaran tidak seragam yang besar, menjadikannya bahan yang sesuai untuk jalur lebar dan kaca gentian amplifikasi doped erbium yang mendapat keuntungan tinggi. Penguat gentian terdop Yb3+ boleh mencapai penguatan kuasa dan penguatan isyarat kecil, menjadikannya sesuai untuk bidang seperti penderia gentian optik, komunikasi laser ruang bebas dan penguatan nadi ultra pendek. China kini telah membina kapasiti saluran tunggal terbesar di dunia dan sistem penghantaran optik kelajuan terpantas, dan mempunyai lebuh raya maklumat terluas di dunia. Penguat gentian terdop Ytterbium dan bahan laser terdop nadir bumi yang lain memainkan peranan penting dan penting di dalamnya.

Ciri spektrum ytterbium juga digunakan sebagai bahan laser berkualiti tinggi, baik sebagai kristal laser, cermin mata laser dan laser gentian. Sebagai bahan laser berkuasa tinggi, kristal laser doped ytterbium telah membentuk satu siri besar, termasuk garnet aluminium yttrium doped ytterbium (Yb: YAG), garnet gadolinium gallium doped ytterbium (Yb: GGG), kalsium fluorophosphate doped ytterbium (Yb: FAP) , ytterbium doped strontium fluorophosphate (Yb: S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadate (Yb: YV04), ytterbium doped borate, dan silikat. Laser semikonduktor (LD) ialah jenis sumber pam baharu untuk laser keadaan pepejal. Yb: YAG mempunyai banyak ciri yang sesuai untuk pengepaman LD berkuasa tinggi dan telah menjadi bahan laser untuk pengepaman LD berkuasa tinggi. Yb: Kristal S-FAP boleh digunakan sebagai bahan laser untuk gabungan nuklear laser pada masa hadapan, yang telah menarik perhatian orang ramai. Dalam kristal laser boleh tala, terdapat kromium ytterbium holmium yttrium aluminium gallium garnet (Cr, Yb, Ho: YAGG) dengan panjang gelombang antara 2.84 hingga 3.05 μ Boleh laras berterusan antara m. Menurut statistik, kebanyakan kepala peledak inframerah yang digunakan dalam peluru berpandu di seluruh dunia menggunakan 3-5 μ Oleh itu, pembangunan laser Cr, Yb, Ho: YSGG boleh memberikan gangguan yang berkesan untuk tindakan balas senjata berpandu inframerah pertengahan, dan mempunyai kepentingan ketenteraan yang penting. China telah mencapai satu siri hasil inovatif dengan tahap lanjutan antarabangsa dalam bidang kristal laser doped ytterbium (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, dll.), menyelesaikan teknologi utama seperti pertumbuhan kristal dan laser pantas, nadi, output berterusan dan boleh laras. Hasil penyelidikan telah digunakan dalam pertahanan negara, industri dan kejuruteraan saintifik, dan produk kristal doped ytterbium telah dieksport ke beberapa negara dan wilayah seperti Amerika Syarikat dan Jepun.

Satu lagi kategori utama bahan laser ytterbium ialah kaca laser. Pelbagai cermin mata laser keratan rentas pelepasan tinggi telah dibangunkan, termasuk germanium tellurite, silikon niobate, borat, dan fosfat. Disebabkan oleh kemudahan pengacuan kaca, ia boleh dibuat kepada saiz yang besar dan mempunyai ciri-ciri seperti ketransmisian cahaya yang tinggi dan keseragaman yang tinggi, yang memungkinkan untuk menghasilkan laser berkuasa tinggi. Kaca laser nadir bumi yang biasa digunakan kebanyakannya adalah kaca neodymium, yang mempunyai sejarah pembangunan lebih 40 tahun dan teknologi pengeluaran dan aplikasi yang matang. Ia sentiasa menjadi bahan pilihan untuk peranti laser berkuasa tinggi dan telah digunakan dalam peranti eksperimen gabungan nuklear dan senjata laser. Peranti laser berkuasa tinggi yang dibina di China, yang terdiri daripada kaca neodymium laser sebagai medium laser utama, telah mencapai tahap lanjutan dunia. Tetapi kaca laser neodymium kini menghadapi cabaran hebat daripada kaca ytterbium laser.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa banyak sifat kaca ytterbium laser melebihi daripada kaca neodymium. Disebabkan oleh fakta bahawa luminescence doped ytterbium hanya mempunyai dua tahap tenaga, kecekapan penyimpanan tenaga adalah tinggi. Pada keuntungan yang sama, kaca ytterbium mempunyai kecekapan penyimpanan tenaga 16 kali lebih tinggi daripada kaca neodymium, dan jangka hayat pendarfluor 3 kali ganda daripada kaca neodymium. Ia juga mempunyai kelebihan seperti kepekatan doping yang tinggi, lebar jalur penyerapan, dan boleh terus dipam oleh semikonduktor, menjadikannya sangat sesuai untuk laser berkuasa tinggi. Walau bagaimanapun, aplikasi praktikal kaca laser ytterbium sering bergantung pada bantuan neodymium, seperti menggunakan Nd3+ sebagai pemeka untuk membuat kaca laser ytterbium beroperasi pada suhu bilik dan μ Pelepasan laser dicapai pada panjang gelombang m. Jadi, ytterbium dan neodymium adalah pesaing dan rakan kerjasama dalam bidang kaca laser.

Dengan melaraskan komposisi kaca, banyak sifat bercahaya kaca laser ytterbium boleh dipertingkatkan. Dengan pembangunan laser berkuasa tinggi sebagai arah utama, laser yang diperbuat daripada kaca laser ytterbium semakin banyak digunakan dalam industri moden, pertanian, perubatan, penyelidikan saintifik, dan aplikasi ketenteraan.

Penggunaan ketenteraan: Menggunakan tenaga yang dijana oleh pelakuran nuklear sebagai tenaga sentiasa menjadi matlamat yang diharapkan, dan mencapai pelakuran nuklear terkawal akan menjadi cara penting bagi manusia untuk menyelesaikan masalah tenaga. Kaca laser dop Ytterbium menjadi bahan pilihan untuk mencapai peningkatan gabungan inersia (ICF) pada abad ke-21 kerana prestasi lasernya yang cemerlang.

Senjata laser menggunakan tenaga besar pancaran laser untuk menyerang dan memusnahkan sasaran, menjana suhu berbilion darjah Celsius dan menyerang secara langsung pada kelajuan cahaya. Mereka boleh dirujuk sebagai Nadana dan mempunyai tahap maut yang hebat, terutamanya sesuai untuk sistem senjata pertahanan udara moden dalam peperangan. Prestasi cemerlang kaca laser doped ytterbium telah menjadikannya bahan asas yang penting untuk mengeluarkan senjata laser berkuasa tinggi dan berprestasi tinggi.

Laser gentian ialah teknologi baharu yang pesat membangun dan juga tergolong dalam bidang aplikasi kaca laser. Laser gentian adalah laser yang menggunakan gentian sebagai medium laser, yang merupakan produk gabungan teknologi gentian dan laser. Ia adalah teknologi laser baharu yang dibangunkan berdasarkan teknologi penguat gentian doped erbium (EDFA). Laser gentian terdiri daripada diod laser semikonduktor sebagai sumber pam, pandu gelombang gentian optik dan medium perolehan, dan komponen optik seperti gentian parut dan pengganding. Ia tidak memerlukan pelarasan mekanikal laluan optik, dan mekanismenya padat dan mudah untuk disepadukan. Berbanding dengan laser keadaan pepejal tradisional dan laser semikonduktor, ia mempunyai kelebihan teknologi dan prestasi seperti kualiti pancaran tinggi, kestabilan yang baik, rintangan kuat terhadap gangguan alam sekitar, tiada pelarasan, tiada penyelenggaraan dan struktur padat. Disebabkan fakta bahawa ion doped terutamanya Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, semuanya menggunakan gentian nadir bumi sebagai media perolehan, laser gentian yang dibangunkan oleh syarikat juga boleh dipanggil laser gentian nadir bumi.

Aplikasi laser: Laser gentian bersalut dua ytterbium doped kuasa tinggi telah menjadi medan panas dalam teknologi laser keadaan pepejal di peringkat antarabangsa sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Ia mempunyai kelebihan kualiti rasuk yang baik, struktur padat, dan kecekapan penukaran yang tinggi, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pemprosesan industri dan bidang lain. Gentian doped ytterbium berpakaian dua kali sesuai untuk pengepam laser semikonduktor, dengan kecekapan gandingan yang tinggi dan kuasa output laser yang tinggi, dan merupakan arah pembangunan utama gentian doped ytterbium. Teknologi gentian doped ytterbium berkembar berkembar China tidak lagi setanding dengan tahap maju negara asing. Gentian doped ytterbium, gentian doped ytterbium bersalut dua, dan gentian doped erbium ytterbium yang dibangunkan di China telah mencapai tahap lanjutan produk asing yang serupa dari segi prestasi dan kebolehpercayaan, mempunyai kelebihan kos, dan mempunyai teknologi teras dipatenkan untuk pelbagai produk dan kaedah .

Syarikat laser IPG Jerman yang terkenal di dunia baru-baru ini mengumumkan bahawa sistem laser gentian doped ytterbium mereka yang baru dilancarkan mempunyai ciri-ciri rasuk yang sangat baik, hayat pam melebihi 50000 jam, panjang gelombang pelepasan pusat 1070nm-1080nm, dan kuasa output sehingga 20KW. Ia telah digunakan dalam kimpalan halus, pemotongan, dan penggerudian batu.

Bahan laser adalah teras dan asas untuk pembangunan teknologi laser. Selalu ada pepatah dalam industri laser bahawa 'satu generasi bahan, satu generasi peranti'. Untuk membangunkan peranti laser canggih dan praktikal, pertama sekali perlu memiliki bahan laser berprestasi tinggi dan menyepadukan teknologi lain yang berkaitan. Kristal laser dop Ytterbium dan kaca laser, sebagai kuasa baharu bahan laser pepejal, mempromosikan pembangunan inovatif komunikasi gentian optik dan teknologi laser, terutamanya dalam teknologi laser termaju seperti laser gabungan nuklear berkuasa tinggi, rentak tenaga tinggi. laser jubin, dan laser senjata bertenaga tinggi.

Selain itu, ytterbium juga digunakan sebagai pengaktif serbuk pendarfluor, seramik radio, bahan tambahan untuk komponen memori komputer elektronik (gelembung magnet), dan aditif kaca optik. Perlu diingatkan bahawa yttrium dan yttrium adalah kedua-dua unsur nadir bumi. Walaupun terdapat perbezaan yang ketara dalam nama Inggeris dan simbol unsur, abjad fonetik Cina mempunyai suku kata yang sama. Dalam sesetengah terjemahan Cina, yttrium kadangkala tersilap dirujuk sebagai yttrium. Dalam kes ini, kita perlu mengesan teks asal dan menggabungkan simbol elemen untuk mengesahkan.