Магичен редок земски елемент: Итербиум

Итербиум: атомски број 70, атомска тежина 173,04, името на елементот е изведено од местото на неговото откривање. Содржината наитербиумво кората е 0,000266%, главно присутен во фосфоритни и црно ретко злато, додека содржината во моназитот е 0,03%, со 7 природни изотопи.

Откривање на историјата

Откриено од: Маринак

Време: 1878

Локација: Швајцарија 

Во 1878 година, швајцарските хемичари Жан Шарл и Г. Марињак откриле нов редок земски елемент во „ербиум“. Во 1907 година, Улбан и Вајлс истакнале дека Марињак одвоил мешавина од лутециум оксид и итербиум оксид. Во спомен на малото село по име Итерби во близина на Стокхолм, каде што била откриена итриумската руда, овој нов елемент бил наречен Итербиум со симболот Yb.

Електронска конфигурација

1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф14

Метал

Метален итербиуме сребрено-сив, еластичен и има мека текстура. На собна температура, итербиумот може бавно да се оксидира со воздух и вода.

Постојат две кристални структури: α- типот е лице-центриран кубен кристален систем (собна температура -798 ℃); β- типот е тело-центрирана кубна решетка (над 798 ℃). Точка на топење 824 ℃, точка на вриење 1427 ℃, релативна густина 6,977 (α- тип), 6,54 (β- тип).

Нерастворлив во ладна вода, растворлив во киселини и течен амонијак. Доста е стабилен во воздух. Слично на самариумот и европиумот, итербиумот припаѓа на ретките земји со променлива валенција, а може да биде и во позитивна двовалентна состојба, покрај тоа што е обично тривалентна.

Поради оваа карактеристика на променлива валентност, подготовката на метален итербиум не треба да се врши со електролиза, туку со метод на редукциска дестилација за подготовка и прочистување. Вообичаено,метален лантансе користи како редукциски агенс за редукциска дестилација, користејќи ја разликата помеѓу високиот притисок на пареа на металот итербиум и нискиот притисок на пареа на металот лантан. Алтернативно,тулиум, итербиум, илутециумконцентратите можат да се користат како суровини, а металниот лантан може да се користи како редукциски агенс. Под услови на вакуум на висока температура од >1100 ℃ и <0,133Pa, металниот итербиум може директно да се екстрахира со редукциска дестилација. Какосамариумиевропиум,Итербиумот може да се одвои и прочисти и преку влажна редукција. Обично, концентрати од тулиум, итербиум и лутециум се користат како суровини. По растворањето, итербиумот се редуцира до двовалентна состојба, предизвикувајќи значителни разлики во својствата, а потоа се одвојува од другите тривалентни ретки земји. Производството на итербиум оксид со висока чистота обично се врши со екстракциска хроматографија или метод на јонска размена.

Апликација

Се користи за производство на специјални легури.Легури на итербиумсе применуваат во стоматологијата за металуршки и хемиски експерименти.

Во последниве години, итербиумот се појави и брзо се разви во областите на комуникација со оптички влакна и ласерска технологија.

Со изградбата и развојот на „информацискиот автопат“, компјутерските мрежи и системите за пренос на оптички влакна на долги растојанија имаат сè поголеми барања за перформансите на оптичките материјали што се користат во оптичката комуникација. Јоните на итербиум, поради нивните одлични спектрални својства, можат да се користат како материјали за засилување на влакна за оптичка комуникација, исто какоербиумитулиумИако ербиумот од ретки земјени елементи е сè уште главен играч во подготовката на фибер засилувачи, традиционалните кварцни влакна допирани со ербиум имаат мал пропусен опсег на засилување (30 nm), што го отежнува исполнувањето на барањата за пренос на информации со голема брзина и голем капацитет. Yb3+ јоните имаат многу поголем пресек на апсорпција од Er3+ јоните околу 980 nm. Преку ефектот на сензибилизација на Yb3+ и преносот на енергија на ербиумот и итербиумот, светлината од 1530 nm може значително да се подобри, со што значително се подобрува ефикасноста на засилување на светлината.

Во последниве години, фосфатното стакло допирано со ербиум и итербиум ко е сè повеќе фаворизирано од страна на истражувачите. Фосфатните и флуорофосфатните стакла имаат добра хемиска и термичка стабилност, како и широка инфрацрвена трансмисија и големи нерамномерни карактеристики на проширување, што ги прави идеални материјали за широкопојасен и високо-добивлив амплификациски фиберглас допиран со ербиум. Засилувачите од влакна допирани со Yb3+ можат да постигнат засилување на моќност и мало засилување на сигналот, што ги прави погодни за области како што се сензори за оптички влакна, ласерска комуникација во слободен простор и засилување со ултра краток импулс. Кина моментално го изгради најголемиот светски систем за пренос со еден канал и најбрз оптички систем за пренос, и има најширок информациски автопат во светот. Засилувачите од влакна допирани со итербиум и други ретки земни метали и ласерските материјали играат клучна и значајна улога во нив.

Спектралните карактеристики на итербиумот се користат и како висококвалитетни ласерски материјали, како ласерски кристали, ласерски очила и фибер ласери. Како ласерски материјал со висока моќност, ласерските кристали допирани со итербиум формирале огромна серија, вклучувајќи ги и кристалите допирани со итербиум.итриум алуминиумгранат (Yb: YAG), допиран со итербиумгадолиниумГалиум гранат (Yb: GGG), калциум флуорофосфат допиран со итербиум (Yb: FAP), стронциум флуорофосфат допиран со итербиум (Yb: S-FAP), итриум ванадат допиран со итербиум (Yb: YV04), борат допиран со итербиум и силикат. Полупроводничкиот ласер (LD) е нов тип на извор на пумпа за ласери во цврста состојба. Yb: YAG има многу карактеристики погодни за пумпање LD со голема моќност и стана ласерски материјал за пумпање LD со голема моќност. Кристалот Yb: S-FAP може да се користи како ласерски материјал за ласерска нуклеарна фузија во иднина, што го привлече вниманието на луѓето. Во подесливите ласерски кристали, постои хром итербиум холмиум итриум алуминиум галиум гранат (Cr, Yb, Ho: YAGG) со бранови должини кои се движат од 2,84 до 3,05 μ. Континуирано прилагодлив помеѓу m. Според статистичките податоци, повеќето инфрацрвени боеви глави што се користат во ракетите ширум светот користат 3-5 μ. Затоа, развојот на Cr, Yb, Ho: YSGG ласерите може да обезбеди ефикасно пречки за контрамерки на оружје водени со средно инфрацрвено зрачење и има важно воено значење. Кина постигна серија иновативни резултати со меѓународно напредно ниво во областа на ласерските кристали допирани со итербиум (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, итн.), решавајќи клучни технологии како што се раст на кристали и ласерски брз, пулсен, континуиран и прилагодлив излез. Резултатите од истражувањето се применети во националната одбрана, индустријата и научното инженерство, а производите од кристали допирани со итербиум се извезуваат во повеќе земји и региони како што се САД и Јапонија.

Друга главна категорија на материјали за ласер од итербиум е ласерското стакло. Развиени се различни ласерски стакла со висок пресек на емисиите, вклучувајќи германиум телурит, силициум ниобат, борат и фосфат. Поради леснотијата на обликување на стаклото, може да се направи во големи димензии и има карактеристики како што се висока пропустливост на светлина и висока униформност, што овозможува производство на ласери со голема моќност. Познатото ласерско стакло од ретки земни материјали порано главно се користеше.неодиумстакло, кое има историја на развој од над 40 години и зрела технологија за производство и примена. Отсекогаш бил претпочитан материјал за високомоќни ласерски уреди и се користел во експериментални уреди за нуклеарна фузија и ласерско оружје. Високомоќните ласерски уреди изградени во Кина, кои се состојат од ласернеодиумСтаклото како главен ласерски медиум, достигна напредно ниво во светот. Но, ласерското неодимиумско стакло сега се соочува со моќен предизвик од ласерското итербиумско стакло.

Во последниве години, голем број студии покажаа дека многу својства на ласерското итербиумско стакло ги надминуваат оние нанеодиумстакло. Поради фактот што луминисценцијата допирана со итербиум има само две енергетски нивоа, ефикасноста на складирање на енергија е висока. При истото зголемување, итербиумското стакло има ефикасност на складирање на енергија 16 пати поголема од неодимиумското стакло и животен век на флуоресценција 3 пати поголем од неодимиумското стакло. Исто така, има предности како што се висока концентрација на допир, пропусен опсег на апсорпција и може директно да се пумпа од полупроводници, што го прави многу погоден за ласери со голема моќност. Сепак, практичната примена на итербиумското ласерско стакло често се потпира на помошта на неодимиум, како што е користењето на Nd3+ како сензибилизатор за да се направи итербиумското ласерско стакло да работи на собна температура и μ емисијата на ласерот се постигнува на бранова должина m. Значи, итербиумот и неодимиумот се и конкуренти и соработнички партнери во областа на ласерското стакло.

Со прилагодување на составот на стаклото, можат да се подобрат многу луминисцентни својства на итербиумското ласерско стакло. Со развојот на ласери со висока моќност како главна насока, ласерите направени од итербиумско ласерско стакло се користат сè повеќе во модерната индустрија, земјоделството, медицината, научните истражувања и воените апликации.

Воена употреба: Користењето на енергијата генерирана од нуклеарна фузија како енергија отсекогаш било очекувана цел, а постигнувањето контролирана нуклеарна фузија ќе биде важно средство за човештвото да ги реши енергетските проблеми. Ласерското стакло допирано со итербиум станува претпочитан материјал за постигнување надградби на инерцијална концентрациона фузија (ICF) во 21 век поради неговите одлични ласерски перформанси.

Ласерското оружје ја користи огромната енергија на ласерскиот зрак за да погоди и уништи цели, генерирајќи температури од милијарди степени Целзиусови и директно напаѓајќи со брзина на светлината. Тие можат да се наречат Надана и имаат голема смртоносна моќ, особено погодни за модерни системи за воздушна одбрана во војувањето. Одличните перформанси на ласерското стакло допирано со итербиум го направија важен основен материјал за производство на ласерско оружје со висока моќност и високи перформанси.

Фибер ласер е брзо развивачка нова технологија и исто така припаѓа на полето на апликации за ласерско стакло. Фибер ласер е ласер кој користи влакна како ласерски медиум, што е производ на комбинација од влакна и ласерска технологија. Тоа е нова ласерска технологија развиена врз основа на технологијата за засилувач на влакна допирани со ербиум (EDFA). Фибер ласер е составен од полупроводничка ласерска диода како извор на пумпа, брановоден од оптички влакна и медиум за засилување, како и оптички компоненти како што се решеткасти влакна и спојки. Не бара механичко прилагодување на оптичката патека, а механизмот е компактен и лесен за интеграција. Во споредба со традиционалните ласери во цврста состојба и полупроводнички ласери, има технолошки и перформанси предности како што се квалитет на висок зрак, добра стабилност, силна отпорност на влијанија од околината, без прилагодување, без одржување и компактна структура. Поради фактот дека допираните јони се главно Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, од кои сите користат влакна од ретки земјени влакна како медиум за засилување, фибер ласер развиен од компанијата може да се нарече и ласер од влакна од ретки земјени влакна.

Примена на ласер: Високомоќниот двојно обложен влакнест ласер допиран со итербиум стана жешка област во технологијата на ласер во цврста состојба на меѓународно ниво во последниве години. Има предности како добар квалитет на зракот, компактна структура и висока ефикасност на конверзија, и има широки перспективи за примена во индустриската обработка и други области. Двојно обложените влакна допирани со итербиум се погодни за полупроводничко ласерско пумпање, со висока ефикасност на спојување и висока излезна моќност на ласерот, и се главната насока на развој на влакна допирани со итербиум. Технологијата на двојно обложени влакна допирани со итербиум во Кина повеќе не е на исто ниво со напредното ниво на странските земји. Влакната допирани со итербиум, влакната допирани со двојно обложени со итербиум и влакната допирани со ербиум итербиум, развиени во Кина, го достигнаа напредното ниво на слични странски производи во однос на перформансите и сигурноста, имаат предности во однос на трошоците и имаат основни патентирани технологии за повеќе производи и методи.

Светски познатата германска компанија за IPG ласерски системи неодамна објави дека нивниот новолансиран систем за ласерски системи со влакна допирани со итербиум има одлични карактеристики на зракот, век на траење на пумпата од над 50000 часа, централна емисиона бранова должина од 1070nm-1080nm и излезна моќност до 20KW. Се применува во фино заварување, сечење и дупчење во карпи.

Ласерските материјали се јадрото и основата за развој на ласерската технологија. Во ласерската индустрија отсекогаш постоела изреката „една генерација материјали, една генерација уреди“. За да се развијат напредни и практични ласерски уреди, потребно е прво да се поседуваат високо-перформансни ласерски материјали и да се интегрираат други релевантни технологии. Ласерските кристали допирани со итербиум и ласерското стакло, како нова сила на цврстите ласерски материјали, го промовираат иновативниот развој на комуникацијата со оптички влакна и ласерската технологија, особено во најсовремените ласерски технологии како што се ласери за нуклеарна фузија со голема моќност, ласери за битови плочки со висока енергија и ласери за оружје со висока енергија.

Покрај тоа, итербиумот се користи и како активатор на флуоресцентен прав, радиокерамика, адитиви за компоненти на меморијата на електронски компјутери (магнетни меурчиња) и адитиви за оптичко стакло. Треба да се истакне дека итриумот и итриумот се ретки земни елементи. Иако постојат значителни разлики во англиските имиња и симболите на елементите, кинеската фонетска азбука има исти слогови. Во некои кинески преводи, итриумот понекогаш погрешно се нарекува итриум. Во овој случај, треба да го проследиме оригиналниот текст и да ги комбинираме симболите на елементите за да потврдиме.