Yếu tố đất hiếm kỳ diệu: Ytterbium

Ytterbium: Số nguyên tử 70, Trọng lượng nguyên tử 173.04, tên phần tử xuất phát từ vị trí khám phá của nó. Hàm lượng ytterbium trong lớp vỏ là 0,000266%, chủ yếu có trong các mỏ vàng hiếm và màu đen. Nội dung ở Monazite là 0,03%và có 7 đồng vị tự nhiên

Phát hiện ra

Bởi: Marinak

Thời gian: 1878

Địa điểm: Thụy Sĩ

Năm 1878, các nhà hóa học Thụy Sĩ Jean Charles và G Marignac đã phát hiện ra một yếu tố đất hiếm mới trong Hồi Erbium. Năm 1907, Ulban và Weils chỉ ra rằng Marignac đã tách một hỗn hợp oxit lutetium và oxit ytterbium. Để tưởng nhớ ngôi làng nhỏ tên Yteerby gần Stockholm, nơi Yttrium Ore được phát hiện, yếu tố mới này được đặt tên là Ytterbium với biểu tượng YB.

Cấu hình điện tử

Cấu hình điện tử
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Kim loại

Ytterbium kim loại có màu xám bạc, dễ uốn và có kết cấu mềm. Ở nhiệt độ phòng, ytterbium có thể bị oxy hóa chậm bởi không khí và nước.

Có hai cấu trúc tinh thể: α- Loại là một hệ thống tinh thể hình khối trung tâm (nhiệt độ phòng -798); β- Loại là một mạng tinh thể tập trung vào cơ thể (trên 798). Điểm nóng chảy 824, điểm sôi 1427, mật độ tương đối 6.977 （α- loại), loại 6,54 （-).

Không hòa tan trong nước lạnh, hòa tan trong axit và amoniac lỏng. Nó khá ổn định trong không khí. Tương tự như Samarium và Europium, Ytterbium thuộc về Trái đất hiếm có hóa trị thay đổi, và cũng có thể ở trạng thái hóa trị cực dương ngoài việc thường xuyên có thể hóa trị ba.

Do đặc tính hóa trị thay đổi này, việc chuẩn bị ytterbium kim loại không nên được thực hiện bằng cách điện phân, nhưng bằng phương pháp chưng cất để chuẩn bị và tinh chế. Thông thường, kim loại lanthanum được sử dụng làm chất khử để khử chưng cất, sử dụng sự khác biệt giữa áp suất hơi cao của kim loại Ytterbium và áp suất hơi thấp của kim loại lanthanum. Cách khác,Thulium, Ytterbium, Vàlutetiumcô đặc có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô vàkim loại lanthanumcó thể được sử dụng như một tác nhân giảm. Trong điều kiện chân không nhiệt độ cao> 1100 và <0,133Pa, ytterbium kim loại có thể được chiết xuất trực tiếp bằng cách chưng cất giảm. Giống như Samarium và Europium, Ytterbium cũng có thể được tách ra và tinh chế thông qua giảm ướt. Thông thường, tập trung thulium, ytterbium và lutetium được sử dụng làm nguyên liệu thô. Sau khi hòa tan, Ytterbium bị giảm xuống trạng thái hóa trị hai, gây ra sự khác biệt đáng kể về tính chất, và sau đó tách ra khỏi các loại đất quý hiếm khác. Việc sản xuất tinh khiết caooxit ytterbiumthường được thực hiện bằng phép sắc ký chiết hoặc phương pháp trao đổi ion。

Ứng dụng

Được sử dụng để sản xuất hợp kim đặc biệt. Hợp kim Ytterbium đã được áp dụng trong y học nha khoa cho các thí nghiệm luyện kim và hóa học.

Trong những năm gần đây, Ytterbium đã xuất hiện và phát triển nhanh chóng trong các lĩnh vực truyền thông sợi quang và công nghệ laser.

Với việc xây dựng và phát triển thông tin trên đường cao tốc, mạng máy tính và hệ thống truyền tải quang đường dài có yêu cầu ngày càng cao về việc thực hiện các vật liệu sợi quang được sử dụng trong giao tiếp quang học. Các ion Ytterbium, do tính chất phổ tuyệt vời của chúng, có thể được sử dụng làm vật liệu khuếch đại sợi để giao tiếp quang học, giống như erbium và thulium. Mặc dù nguyên tố đất hiếm erbium vẫn là người chơi chính trong việc chuẩn bị các bộ khuếch đại sợi, các sợi thạch anh pha tạp Erbium truyền thống có băng thông tăng nhỏ (30nm), gây khó khăn cho việc đáp ứng các yêu cầu của truyền thông tin tốc độ cao và công suất cao. Các ion YB3+có mặt cắt hấp thụ lớn hơn nhiều so với các ion ER3+khoảng 980nm. Thông qua hiệu ứng nhạy cảm của YB3+và truyền năng lượng của Erbium và Ytterbium, ánh sáng 1530NM có thể được tăng cường đáng kể, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả khuếch đại của ánh sáng.

Trong những năm gần đây, Erbium Ytterbium Co pha tạp thủy tinh phosphate đã được các nhà nghiên cứu ngày càng được ưa chuộng. Kính phosphate và fluorophosphate có độ ổn định hóa học và nhiệt tốt, cũng như độ truyền hồng ngoại rộng và các đặc tính mở rộng không đồng nhất lớn, làm cho chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho kính khuếch đại băng thông rộng và tăng độ pha tạp Erbium cao. Bộ khuếch đại sợi pha tạp YB3+có thể đạt được khuếch đại công suất và khuếch đại tín hiệu nhỏ, làm cho chúng phù hợp cho các trường như cảm biến sợi quang, giao tiếp bằng laser không gian trống và khuếch đại xung cực ngắn. Trung Quốc hiện đã xây dựng công suất kênh đơn lớn nhất thế giới và hệ thống truyền quang tốc độ nhanh nhất thế giới và có đường cao tốc thông tin rộng nhất trên thế giới. Ytterbium pha tạp và các bộ khuếch đại sợi pha tạp đất hiếm và các vật liệu laser đóng một vai trò quan trọng và quan trọng trong chúng.

Các đặc tính quang phổ của ytterbium cũng được sử dụng làm vật liệu laser chất lượng cao, cả như tinh thể laser, kính laser và laser sợi. Là một vật liệu laser công suất cao, các tinh thể laser pha tạp ytterbium đã tạo thành một chuỗi lớn, bao gồm ytterbium doprium aluminum garnet (yb: yag), ytterbium pha tạp fluorophosphate (YB: S-FAP), Ytterbium pha tạp yttri vanadate (YB: YV04), ytterbium pha tạp borat và silicat. Laser bán dẫn (LD) là một loại nguồn bơm mới cho laser trạng thái rắn. YB: YAG có nhiều đặc điểm phù hợp cho bơm LD công suất cao và đã trở thành vật liệu laser cho bơm LD công suất cao. YB: Tinh thể S-FAP có thể được sử dụng làm vật liệu laser cho phản ứng tổng hợp hạt nhân laser trong tương lai, điều này đã thu hút sự chú ý của mọi người. Trong các tinh thể laser có thể điều chỉnh, có Chromium ytterbium holmium yttrial aluminum gallium garnet (CR, YB, HO: YAGG) với các bước sóng dao động từ 2,84 đến 3,05 có thể điều chỉnh liên tục giữa m. Theo thống kê, hầu hết các đầu đạn hồng ngoại được sử dụng trong các tên lửa trên khắp thế giới sử dụng 3-5 do đó, sự phát triển của Laser CR, YB, HO: YSGG có thể cung cấp sự can thiệp hiệu quả cho các biện pháp đối phó với vũ khí có hướng dẫn hồng ngoại trung bình và có ý nghĩa quân sự quan trọng. Trung Quốc đã đạt được một loạt các kết quả sáng tạo với cấp độ Nâng cao quốc tế trong lĩnh vực các tinh thể laser pha tạp Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, v.v.), giải quyết các công nghệ chính như tăng trưởng tinh thể và nhanh chóng, mạch, liên tục và điều chỉnh. Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng trong các sản phẩm tinh thể pha chế quốc phòng, công nghiệp và khoa học, và các sản phẩm pha lê pha tạp Ytterbium đã được xuất khẩu sang nhiều quốc gia và khu vực như Hoa Kỳ và Nhật Bản.

Một loại chính khác của vật liệu laser ytterbium là kính laser. Các kính laser mặt cắt mặt cắt cao khác nhau đã được phát triển, bao gồm Germanium Tellurite, Silicon Niobate, Borat và Phosphate. Do dễ dàng đúc thủy tinh, nó có thể được làm thành kích thước lớn và có các đặc điểm như độ truyền sáng cao và tính đồng nhất cao, giúp tạo ra tia laser năng lượng cao. Kính laser đất hiếm quen thuộc được sử dụng chủ yếu là thủy tinh Neodymium, có lịch sử phát triển hơn 40 năm và công nghệ sản xuất và ứng dụng trưởng thành. Nó luôn luôn là vật liệu ưa thích cho các thiết bị laser công suất cao và đã được sử dụng trong các thiết bị thí nghiệm hợp nhất hạt nhân và vũ khí laser. Các thiết bị laser công suất cao được xây dựng ở Trung Quốc, bao gồm kính Neodymium laser là môi trường laser chính, đã đạt đến cấp độ tiên tiến của thế giới. Nhưng kính Neodymium laser hiện phải đối mặt với một thách thức mạnh mẽ từ kính laser ytterbium.

Trong những năm gần đây, một số lượng lớn các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều tính chất của thủy tinh ytterbium laser vượt quá các loại thủy tinh neodymium. Do thực tế là sự phát quang pha tạp ytterbium chỉ có hai mức năng lượng, hiệu suất lưu trữ năng lượng cao. Với cùng mức tăng, kính Ytterbium có hiệu suất lưu trữ năng lượng cao hơn 16 lần so với thủy tinh Neodymium và tuổi thọ huỳnh quang gấp 3 lần so với thủy tinh Neodymium. Nó cũng có những ưu điểm như nồng độ pha tạp cao, băng thông hấp thụ và có thể được bơm trực tiếp bởi chất bán dẫn, làm cho nó rất phù hợp với laser năng lượng cao. Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của thủy tinh laser Ytterbium thường dựa vào sự hỗ trợ của Neodymium, chẳng hạn như sử dụng ND3+làm chất nhạy cảm để làm cho kính laser Ytterbium hoạt động ở nhiệt độ phòng và phát xạ laser ở bước sóng M. Vì vậy, Ytterbium và Neodymium đều là đối thủ cạnh tranh và đối tác hợp tác trong lĩnh vực kính laser.

Bằng cách điều chỉnh thành phần thủy tinh, có thể cải thiện nhiều tính chất phát quang của kính laser Ytterbium. Với sự phát triển của laser năng lượng cao là hướng chính, laser làm bằng kính laser ytterbium ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại, nông nghiệp, y học, nghiên cứu khoa học và các ứng dụng quân sự.

Sử dụng quân sự: Sử dụng năng lượng được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân làm năng lượng luôn là mục tiêu dự kiến ​​và đạt được sự hợp nhất hạt nhân được kiểm soát sẽ là một phương tiện quan trọng để nhân loại giải quyết các vấn đề năng lượng. Thủy tinh laser pha tạp Ytterbium đang trở thành vật liệu ưa thích để đạt được nâng cấp hợp nhất giam cầm quán tính (ICF) trong thế kỷ 21 do hiệu suất laser tuyệt vời của nó.

Vũ khí laser sử dụng năng lượng khổng lồ của chùm tia laser để tấn công và phá hủy các mục tiêu, tạo ra nhiệt độ hàng tỷ độ C, trực tiếp tấn công với tốc độ ánh sáng. Chúng có thể được gọi là Nadana và có tỷ lệ chết lớn, đặc biệt phù hợp với các hệ thống vũ khí phòng không hiện đại trong chiến tranh. Hiệu suất tuyệt vời của kính laser pha tạp ytterbium đã làm cho nó trở thành một vật liệu cơ bản quan trọng để sản xuất vũ khí laser công suất cao và hiệu suất cao.

Laser sợi là một công nghệ mới đang phát triển nhanh chóng và cũng thuộc về lĩnh vực các ứng dụng thủy tinh laser. Laser sợi là laser sử dụng chất xơ làm môi trường laser, là sản phẩm của sự kết hợp giữa công nghệ sợi và laser. Đây là một công nghệ laser mới được phát triển trên cơ sở công nghệ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA). Một laser sợi bao gồm một diode laser bán dẫn làm nguồn bơm, ống dẫn sóng sợi quang và môi trường tăng, và các thành phần quang học như sợi cách tử và khớp nối. Nó không yêu cầu điều chỉnh cơ học của đường quang, và cơ chế nhỏ gọn và dễ dàng tích hợp. So với laser trạng thái rắn truyền thống và laser bán dẫn, nó có lợi thế về công nghệ và hiệu suất như chất lượng chùm tia cao, độ ổn định tốt, khả năng chống nhiễu môi trường, không điều chỉnh, không bảo trì và cấu trúc nhỏ gọn. Do thực tế là các ion pha tạp chủ yếu là ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, tất cả đều sử dụng các sợi đất hiếm làm phương tiện tăng, laser sợi được phát triển bởi công ty cũng có thể được gọi là laser sợi đất hiếm.

Ứng dụng laser: Laser bằng sợi kép pha tạp ytterbium công suất cao đã trở thành một trường nóng trong công nghệ laser trạng thái rắn quốc tế trong những năm gần đây. Nó có những ưu điểm của chất lượng chùm tia tốt, cấu trúc nhỏ gọn và hiệu quả chuyển đổi cao và có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong xử lý công nghiệp và các lĩnh vực khác. Double Clad Ytterbium doped Sợi thích hợp cho bơm laser bán dẫn, với hiệu suất khớp nối cao và công suất đầu ra laser cao, và là hướng phát triển chính của sợi pha tạp ytterbium. Công nghệ sợi pha tạp đôi của Trung Quốc không còn ngang bằng với trình độ nước ngoài tiên tiến. Sợi doped doped ytterbium, sợi pha tạp kép ytterbium và sợi pha tạp Erbium ytterbium Co doped được phát triển ở Trung Quốc đã đạt đến mức độ tiên tiến của các sản phẩm nước ngoài tương tự về hiệu suất và độ tin cậy, có lợi thế về chi phí và có công nghệ được cấp bằng sáng chế cho nhiều sản phẩm và phương pháp.

Công ty laser IPG nổi tiếng thế giới gần đây đã thông báo rằng hệ thống laser sợi pha tạp Ytterbium mới ra mắt của họ có các đặc tính chùm tia tuyệt vời, tuổi thọ bơm hơn 50000 giờ, bước sóng phát xạ trung tâm là 1070NM-1080NM và công suất đầu ra lên tới 20kW. Nó đã được áp dụng trong hàn tốt, cắt và khoan đá.

Vật liệu laser là cốt lõi và nền tảng cho sự phát triển của công nghệ laser. Luôn luôn có một câu nói trong ngành công nghiệp laser rằng 'một thế hệ vật liệu, một thế hệ thiết bị'. Để phát triển các thiết bị laser tiên tiến và thực tế, trước tiên phải sở hữu các vật liệu laser hiệu suất cao và tích hợp các công nghệ liên quan khác. Các tinh thể laser pha tạp ytterbium và thủy tinh laser, là lực mới của vật liệu laser rắn, đang thúc đẩy sự phát triển sáng tạo của truyền thông sợi quang và công nghệ laser, đặc biệt là trong các công nghệ laser tiên tiến như laser tổng hợp hạt nhân năng lượng cao, các công cụ đánh dấu vào các loại laser năng lượng cao.

Ngoài ra, Ytterbium cũng được sử dụng làm chất kích hoạt bột huỳnh quang, gốm sứ, phụ gia cho các thành phần bộ nhớ máy tính điện tử (bong bóng từ tính) và phụ gia kính quang học. Cần chỉ ra rằng yttri và yttri là cả hai yếu tố đất hiếm. Mặc dù có sự khác biệt đáng kể về tên tiếng Anh và biểu tượng phần tử, bảng chữ cái ngữ âm Trung Quốc có cùng các âm tiết. Trong một số bản dịch tiếng Trung, yttri đôi khi được gọi nhầm là yttri. Trong trường hợp này, chúng ta cần theo dõi các ký hiệu văn bản gốc và kết hợp các ký hiệu phần tử để xác nhận.