Elemento de Terra Rara Mágica: Ytterbium

Itérbio: número atômico 70, peso atômico 173.04, nome do elemento derivado de sua localização de descoberta. O conteúdo de ytterbio na crosta é de 0,000266%, principalmente presente em fosforitos e depósitos de ouro raros pretos. O conteúdo em monazita é de 0,03%e existem 7 isótopos naturais

Descoberto

Por: Marinak

Tempo: 1878

Localização: Suíça

Em 1878, os químicos suíços Jean Charles e G Marignac descobriram um novo elemento de terra rara em "Erbium". Em 1907, Ulban e Weils apontaram que Marignac separou uma mistura de óxido de lutetium e óxido de ytterbio. Em memória da pequena vila chamada Yteerby, perto de Estocolmo, onde foi descoberto o minério de Yttrium, esse novo elemento foi nomeado Ytterbium com o símbolo YB.

Configuração de elétrons

Configuração de elétrons
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metal

O ytterbio metálico é cinza prateado, dúctil e tem uma textura suave. À temperatura ambiente, o ytterbio pode ser oxidado lentamente por ar e água.

Existem duas estruturas de cristal: α- O tipo é um sistema de cristal cúbico centrado na face (temperatura ambiente -798 ℃); β- O tipo é uma rede cúbica centrada no corpo (acima de 798 ℃). Ponto de fusão 824 ℃, ponto de ebulição 1427 ℃, densidade relativa 6,977 （tipo α), 6,54 （tipo β).

Insolúvel em água fria, solúvel em ácidos e amônia líquida. É bastante estável no ar. Semelhante ao samário e ao europium, o ytterbium pertence à variável Valence Rare Earth e também pode estar em um estado divalente positivo, além de ser geralmente trivalente.

Devido a essa característica variável de valência, a preparação do ytterbio metálico não deve ser realizada por eletrólise, mas pelo método de destilação de redução para preparação e purificação. Geralmente, o metal de lantânio é usado como um agente redutor para destilação de redução, utilizando a diferença entre a alta pressão de vapor do metal ytterbio e a baixa pressão de vapor do metal lantano. Alternativamente,túlio, itérbio, eLutetiumOs concentrados podem ser usados ​​como matérias -primas emetal lantanumpode ser usado como um agente redutor. Sob condições de vácuo de alta temperatura de> 1100 ℃ e <0,133Pa, o ytterbium metal pode ser extraído diretamente pela destilação de redução. Como o samário e o europium, o ytterbium também pode ser separado e purificado por redução úmida. Geralmente, os concentrados de tulo, ytterbio e lutetium são usados ​​como matérias -primas. Após a dissolução, o ytterbio é reduzido a um estado divalente, causando diferenças significativas nas propriedades e depois separado de outras terras raras trivalentes. A produção de alta purezaÓxido de ytterbioé geralmente realizado por cromatografia de extração ou método de troca iônica。

Aplicativo

Usado para fabricar ligas especiais. As ligas de itterbio foram aplicadas em medicina dentária para experimentos metalúrgicos e químicos.

Nos últimos anos, o Ytterbium surgiu e se desenvolveu rapidamente nos campos da comunicação de fibra óptica e da tecnologia a laser.

Com a construção e o desenvolvimento da “Rodovia Informações”, as redes de computadores e os sistemas de transmissão de fibra óptica de longa distância têm requisitos cada vez mais altos para o desempenho de materiais de fibra óptica usados ​​na comunicação óptica. Os íons ytterbium, devido às suas excelentes propriedades espectrais, podem ser usadas como materiais de amplificação de fibra para comunicação óptica, assim como o erbio e o tulo. Embora o elemento de terras raras Erbium ainda seja o principal jogador na preparação de amplificadores de fibra, as fibras de quartzo tradicionais dopadas com erbio têm uma largura de banda de pequeno ganho (30Nm), dificultando o atendimento aos requisitos de transmissão de informações de alta velocidade e alta capacidade. Os íons yb3+têm uma seção transversal de absorção muito maior que os íons ER3+em torno de 980nm. Através do efeito de sensibilização do YB3+e da transferência de energia de erbio e ytterbium, a luz de 1530 nm pode ser bastante aprimorada, melhorando bastante a eficiência da amplificação da luz.

Nos últimos anos, o vidro de fosfato dopado por Erbium ytterbium tem sido cada vez mais favorecido pelos pesquisadores. Os vidros de fosfato e fluorofosfato têm boa estabilidade química e térmica, bem como transmitância infravermelha ampla e grandes características de ampliação não uniforme, tornando-os materiais ideais para banda larga e vidro de fibra de amplificação dopado com erbio. Os amplificadores de fibra dopados YB3+podem obter amplificação de potência e amplificação de sinal pequeno, tornando -os adequados para campos como sensores de fibra óptica, comunicação a laser de espaço livre e amplificação de pulso ultra curto. Atualmente, a China construiu a maior capacidade de canal único do mundo e o sistema de transmissão óptica de velocidade mais rápida e possui a rodovia mais ampla de informações do mundo. Os amplificadores de fibra dopados com dopados de terras raras e outros materiais de fibra de terras raras desempenham um papel crucial e significativo neles.

As características espectrais do ytterbio também são usadas como materiais a laser de alta qualidade, tanto como cristais a laser, vidros a laser e lasers de fibra. 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 Fluorofosfato (YB: S-FAP), Vanadato de Yttrium dopado de Ytterbio (YB: YV04), borato dopado com ytterbio e silicato. O laser semicondutor (LD) é um novo tipo de fonte de bomba para lasers de estado sólido. YB: YAG tem muitas características adequadas para bombeamento de LD de alta potência e se tornou um material a laser para bombeamento de LD de alta potência. YB: O cristal de S-FAP pode ser usado como um material a laser para a fusão nuclear a laser no futuro, que atraiu a atenção das pessoas. Nos cristais de laser ajustáveis, há granada de gálio de alumínio de holmium yttrium ytterbio ytterbio (cr, yb, ho: yagg) com comprimentos de onda variando de 2,84 a 3,05 μ continuamente ajustável entre m. De acordo com as estatísticas, a maioria das ogivas infravermelhas usadas em mísseis em todo o mundo usa 3-5 μ, portanto, o desenvolvimento de CR, YB, HO: YSGG Lasers pode fornecer interferência eficaz para contramedidas de armas guiadas por infravermelho médio e tem um importante significado militar. A China alcançou uma série de resultados inovadores com o nível avançado internacional no campo dos cristais a laser dopados com ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, etc.), resolvendo tecnologias -chave como crescimento de cristal e laser rápido, pulso, contínuo e ajustável. Os resultados da pesquisa foram aplicados em defesa nacional, indústria e engenharia científica e produtos de cristal dopados com ytterbium foram exportados para vários países e regiões, como Estados Unidos e Japão.

Outra categoria importante de materiais a laser Ytterbium é o vidro a laser. Vários óculos a laser de alta seção de emissão foram desenvolvidos, incluindo telurita de germânio, niobato de silício, borato e fosfato. Devido à facilidade de moldagem por vidro, ela pode ser transformada em tamanhos grandes e possui características como alta transmitância de luz e alta uniformidade, possibilitando produzir lasers de alta potência. O vidro familiar de laser de terras raras costumava ser principalmente vidro de neodímio, que tem um histórico de desenvolvimento de mais de 40 anos e tecnologia madura e aplicação. Sempre foi o material preferido para dispositivos a laser de alta potência e tem sido usado em dispositivos experimentais de fusão nuclear e armas a laser. Os dispositivos a laser de alta potência construídos na China, consistindo em vidro de neodímio a laser como o principal meio de laser, atingiram o nível avançado do mundo. Mas o vidro de neodímio a laser agora enfrenta um poderoso desafio do vidro laser ytterbium.

Nos últimos anos, um grande número de estudos mostrou que muitas propriedades do vidro de Ytterbium a laser excedem as do vidro de neodímio. Devido ao fato de que a luminescência dopada por Ytterbium tem apenas dois níveis de energia, a eficiência de armazenamento de energia é alta. No mesmo ganho, o vidro de ytterbio tem uma eficiência de armazenamento de energia 16 vezes maior que o vidro de neodímio e uma vida útil de fluorescência 3 vezes a do vidro de neodímio. Ele também possui vantagens como alta concentração de doping, largura de banda de absorção e pode ser diretamente bombeada por semicondutores, tornando-o muito adequado para lasers de alta potência. No entanto, a aplicação prática do vidro a laser de ytterbio geralmente depende da assistência do neodímio, como o uso de ND3+como sensibilizador para fazer o vidro de laser de ytterbio operar à temperatura ambiente e a emissão de laser μ é alcançada no comprimento de onda M. Portanto, Ytterbium e neodímio são concorrentes e parceiros colaborativos no campo do vidro a laser.

Ao ajustar a composição do vidro, muitas propriedades luminescentes do vidro a laser de ytterbio podem ser melhoradas. Com o desenvolvimento de lasers de alta potência como a direção principal, os lasers feitos de vidro a laser de Ytterbium são cada vez mais utilizados na indústria moderna, agricultura, medicina, pesquisa científica e aplicações militares.

Uso militar: o uso da energia gerada pela fusão nuclear como energia sempre foi uma meta esperada, e alcançar a fusão nuclear controlada será um meio importante para a humanidade resolver problemas de energia. O vidro a laser dopado por Ytterbium está se tornando o material preferido para obter atualizações de fusão de confinamento inercial (ICF) no século XXI devido ao seu excelente desempenho a laser.

As armas a laser usam a enorme energia de um feixe de laser para atacar e destruir alvos, gerando temperaturas de bilhões de graus Celsius e atacando diretamente na velocidade da luz. Eles podem ser chamados de Nadana e têm grande letalidade, especialmente adequados para os modernos sistemas de armas de defesa aérea em guerra. O excelente desempenho do vidro a laser dopado com Ytterbium o tornou um material básico importante para a fabricação de armas a laser de alta potência e de alto desempenho.

O Fiber Laser é uma nova tecnologia em rápido desenvolvimento e também pertence ao campo de aplicações de vidro a laser. O laser de fibra é um laser que usa fibra como meio de laser, que é um produto da combinação de fibra e tecnologia a laser. É uma nova tecnologia a laser desenvolvida com base na tecnologia de amplificador de fibra dopada de erbio (EDFA). Um laser de fibra é composto por um diodo a laser semicondutor como fonte da bomba, um guia de onda de fibra óptica e um meio de ganho e componentes ópticos, como fibras e acopladores de grade. Não requer ajuste mecânico do caminho óptico, e o mecanismo é compacto e fácil de integrar. Comparado com lasers tradicionais de estado sólido e lasers semicondutores, possui vantagens tecnológicas e de desempenho, como alta qualidade do feixe, boa estabilidade, forte resistência à interferência ambiental, sem ajuste, sem manutenção e estrutura compacta. Devido ao fato de que os íons dopados são principalmente ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, todos os quais usam fibras de terras raras como meios de ganho, o laser de fibra desenvolvido pela empresa também pode ser chamado de laser de fibra de terra rara.

Aplicação a laser: O laser de fibra dupla com dopada de alta potência se tornou um campo quente na tecnologia a laser de estado sólido internacionalmente nos últimos anos. Tem as vantagens da boa qualidade do feixe, estrutura compacta e alta eficiência de conversão, e possui amplas perspectivas de aplicação no processamento industrial e outros campos. As fibras dopadas com duplo eliminatória são adequadas para bombeamento a laser semicondutor, com alta eficiência de acoplamento e alta potência de saída do laser, e são a principal direção de desenvolvimento das fibras dopadas com ytterbio. A tecnologia de fibra dopada com dopada dupla da China não está mais a par com o nível avançado de países estrangeiros. A fibra dopada do ytterbio, a fibra dopada com dopada de Ytterbium dupla e a fibra co -dopada com cooperamento de erbium ytterbium desenvolvidas na China atingiu o nível avançado de produtos estrangeiros semelhantes em termos de desempenho e confiabilidade, têm vantagens de custo e possuem tecnologias patenteadas para vários produtos e métodos.

A empresa de laser IPG alemã de renome mundial anunciou recentemente que seu recém-lançado sistema de laser de fibra dopado Ytterbium possui excelentes características do feixe, uma vida útil de mais de 50000 horas, um comprimento de onda de emissão central de 1070nm-1080nm e uma potência de saída de até 20kW. Foi aplicado em soldagem fina, corte e perfuração de rochas.

Os materiais a laser são o núcleo e a base para o desenvolvimento da tecnologia a laser. Sempre houve um ditado na indústria a laser de que "uma geração de materiais, uma geração de dispositivos". Para desenvolver dispositivos a laser avançados e práticos, é necessário primeiro possuir materiais a laser de alto desempenho e integrar outras tecnologias relevantes. Os cristais a laser dopados com ytterbio e vidro a laser, como a nova força de materiais a laser sólidos, estão promovendo o desenvolvimento inovador da comunicação de fibra óptica e da tecnologia a laser, especialmente em tecnologias de laser de ponta, como lasers de fusão nuclear de alta potência.

Além disso, o ytterbium também é usado como ativador de pó fluorescente, cerâmica de rádio, aditivos para componentes eletrônicos de memória de computador (bolhas magnéticas) e aditivos de vidro óptico. Deve -se ressaltar que Yttrium e Yttrium são elementos de terras raras. Embora existam diferenças significativas nos nomes e símbolos de elementos em inglês, o alfabeto fonético chinês tem as mesmas sílabas. Em algumas traduções chinesas, o Yttrium é às vezes referido por engano como Yttrium. Nesse caso, precisamos rastrear o texto original e combinar símbolos de elementos para confirmar.