Ytterbi: số nguyên tử 70, khối lượng nguyên tử 173,04, tên nguyên tố bắt nguồn từ vị trí phát hiện của nó. Nội dung củaytterbitrong lớp vỏ là 0,000266%, chủ yếu có trong các mỏ photphorit và vàng đen hiếm, trong khi hàm lượng trong monazit là 0,03%, có 7 đồng vị tự nhiên.
Khám phá Lịch sử
Được phát hiện bởi: Marinak
Thời gian: 1878
Vị trí: Thụy Sĩ
Năm 1878, các nhà hóa học người Thụy Sĩ Jean Charles và G Marignac đã phát hiện ra một nguyên tố đất hiếm mới trong “erbi”. Năm 1907, Ulban và Weils chỉ ra rằng Marignac đã tách hỗn hợp luteti oxit và ytterbi oxit. Để tưởng nhớ ngôi làng nhỏ tên là Yteerby gần Stockholm, nơi quặng yttri được phát hiện, nguyên tố mới này được đặt tên là Ytterbi với ký hiệu Yb.
Cấu hình electron
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Kim loại
Ytterbi kim loạicó màu xám bạc, dẻo và có kết cấu mềm. Ở nhiệt độ phòng, ytterbi có thể bị oxy hóa chậm bởi không khí và nước.
Có hai cấu trúc tinh thể: α- Kiểu là hệ tinh thể lập phương tâm mặt (nhiệt độ phòng -798 ℃); β- Kiểu là mạng tinh thể lập phương tâm khối (trên 798 ℃). Điểm nóng chảy 824 ℃, điểm sôi 1427 ℃, mật độ tương đối 6,977 (Kiểu α), 6,54 (Kiểu β).
Không tan trong nước lạnh, tan trong axit và amoniac lỏng. Nó khá ổn định trong không khí. Tương tự như samari và europi, ytterbi thuộc nhóm đất hiếm có hóa trị thay đổi và cũng có thể ở trạng thái hóa trị hai dương ngoài việc thường có hóa trị ba.
Do đặc tính hóa trị thay đổi này, việc điều chế ytterbi kim loại không nên được thực hiện bằng phương pháp điện phân mà bằng phương pháp chưng cất khử để điều chế và tinh chế. Thông thường,kim loại lanthanumđược sử dụng như một chất khử cho quá trình chưng cất khử, sử dụng sự khác biệt giữa áp suất hơi cao của kim loại ytterbi và áp suất hơi thấp của kim loại lanthanum. Ngoài ra,chất thuli, ytterbi, Vàlutetiumcó thể dùng chất cô đặc làm nguyên liệu thô, và kim loại lanthanum có thể dùng làm chất khử. Trong điều kiện chân không nhiệt độ cao >1100 ℃ và <0,133Pa, kim loại ytterbi có thể được chiết xuất trực tiếp bằng chưng cất khử. Giống nhưsamariVàeuropium,ytterbium cũng có thể được tách và tinh chế thông qua quá trình khử ướt. Thông thường, thulium, ytterbium và lutetium cô đặc được sử dụng làm nguyên liệu thô. Sau khi hòa tan, ytterbium được khử thành trạng thái hóa trị hai, gây ra sự khác biệt đáng kể về tính chất, sau đó tách ra khỏi các loại đất hiếm hóa trị ba khác. Việc sản xuất oxit ytterbium có độ tinh khiết cao thường được thực hiện bằng phương pháp sắc ký chiết xuất hoặc phương pháp trao đổi ion
Ứng dụng
Được sử dụng để sản xuất hợp kim đặc biệt.Hợp kim Ytterbiđã được ứng dụng trong y học nha khoa cho các thí nghiệm luyện kim và hóa học.
Trong những năm gần đây, ytterbi đã xuất hiện và phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực truyền thông cáp quang và công nghệ laser.
Với việc xây dựng và phát triển “đường cao tốc thông tin”, mạng máy tính và hệ thống truyền dẫn cáp quang đường dài có yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất của vật liệu sợi quang được sử dụng trong truyền thông quang học. Các ion Ytterbi, do có đặc tính quang phổ tuyệt vời, có thể được sử dụng làm vật liệu khuếch đại sợi cho truyền thông quang học, giống nhưerbiVàchất thuli. Mặc dù nguyên tố đất hiếm erbi vẫn là thành phần chính trong quá trình chế tạo bộ khuếch đại sợi quang, nhưng sợi thạch anh pha tạp erbi truyền thống có băng thông khuếch đại nhỏ (30nm), khiến việc đáp ứng các yêu cầu về truyền thông tin tốc độ cao và dung lượng lớn trở nên khó khăn. Các ion Yb3+ có tiết diện hấp thụ lớn hơn nhiều so với các ion Er3+ ở khoảng 980nm. Thông qua hiệu ứng nhạy cảm của Yb3+ và sự truyền năng lượng của erbi và ytterbi, ánh sáng 1530nm có thể được tăng cường đáng kể, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất khuếch đại của ánh sáng.
Trong những năm gần đây, kính phosphate pha tạp erbium ytterbium ngày càng được các nhà nghiên cứu ưa chuộng. Kính phosphate và fluorophosphate có độ ổn định hóa học và nhiệt tốt, cũng như khả năng truyền hồng ngoại rộng và đặc tính mở rộng không đồng đều lớn, khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho kính sợi thủy tinh khuếch đại pha tạp erbium băng thông rộng và độ lợi cao. Bộ khuếch đại sợi pha tạp Yb3+ có thể đạt được khuếch đại công suất và khuếch đại tín hiệu nhỏ, khiến chúng phù hợp với các lĩnh vực như cảm biến sợi quang, truyền thông laser không gian tự do và khuếch đại xung cực ngắn. Trung Quốc hiện đã xây dựng hệ thống truyền quang tốc độ nhanh nhất và dung lượng kênh đơn lớn nhất thế giới, đồng thời có đường cao tốc thông tin rộng nhất thế giới. Bộ khuếch đại sợi pha tạp ytterbium và các vật liệu laser pha tạp đất hiếm khác đóng vai trò quan trọng và thiết yếu trong đó.
Các đặc điểm quang phổ của ytterbium cũng được sử dụng làm vật liệu laser chất lượng cao, cả tinh thể laser, kính laser và laser sợi. Là vật liệu laser công suất cao, tinh thể laser pha tạp ytterbium đã hình thành một loạt lớn, bao gồm cả pha tạp ytterbiumnhôm yttrigarnet (Yb: YAG), pha tạp ytterbiumgadolinigali garnet (Yb: GGG), canxi fluorophosphate pha tạp ytterbi (Yb: FAP), stronti fluorophosphate pha tạp ytterbi (Yb: S-FAP), yttri vanadate pha tạp ytterbi (Yb: YV04), borat pha tạp ytterbi 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 với bơm LD công suất cao và đã trở thành vật liệu laser cho bơm LD công suất cao. Tinh thể Yb: S-FAP có thể được sử dụng làm vật liệu laser cho phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng 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 crom ytterbi holmium yttri aluminum gali garnet (Cr, Yb, Ho: YAGG) với bước sóng từ 2,84 đến 3,05 μ Có thể điều chỉnh liên tục giữa m. Theo thống kê, hầu hết các đầu đạn hồng ngoại được sử dụng trong tên lửa trên toàn thế giới đều sử dụng 3-5 μ Do đó, việc phát triển laser Cr, Yb, Ho: YSGG có thể cung cấp khả năng can thiệp hiệu quả cho các biện pháp đối phó vũ khí dẫn đường hồng ngoại tầm trung và có ý nghĩa quân sự quan trọng. Trung Quốc đã đạt được một loạt các kết quả sáng tạo với trình độ tiên tiến quốc tế trong lĩnh vực tinh thể laser pha tạp ytterbi (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, v.v.), giải quyết các công nghệ then chốt như tăng trưởng tinh thể và đầu ra laser nhanh, xung, liên tục và có thể điều chỉnh. Các kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng trong quốc phòng, công nghiệp và kỹ thuật khoa học, và các sản phẩm tinh thể pha tạp ytterbi đã được xuất khẩu sang nhiều quốc gia và khu vực như Hoa Kỳ và Nhật Bản.
Một loại vật liệu laser ytterbi chính khác là kính laser. Nhiều loại kính laser có tiết diện phát xạ cao đã được phát triển, bao gồm germani tellurite, silicon niobat, borat và phosphate. Do dễ đúc thủy tinh, nó có thể được chế tạo thành kích thước lớn và có các đặc điểm như độ truyền sáng cao và độ đồng đều cao, giúp có thể sản xuất laser công suất cao. Kính laser đất hiếm quen thuộc trước đây chủ yếu làneodymiumthủy tinh, có lịch sử phát triển hơn 40 năm và công nghệ sản xuất và ứng dụng trưởng thành. Nó luôn là vật liệu được ưa chuộng cho các thiết bị laser công suất cao và đã được sử dụng trong các thiết bị thử nghiệm phản ứng tổng hợp hạt nhân và vũ khí laser. Các thiết bị laser công suất cao được chế tạo tại Trung Quốc, bao gồm laserneodymiumThủy tinh là môi trường laser chính, đã đạt đến trình độ tiên tiến của thế giới. Nhưng thủy tinh neodymium laser hiện đang phải đối mặt với một thách thức mạnh mẽ từ thủy tinh ytterbium laser.
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 trội hơn so vớineodymiumKính. Do thực tế là phát quang pha tạp ytterbium chỉ có hai mức năng lượng, hiệu suất lưu trữ năng lượng cao. Ở cùng mức tăng, kính ytterbium có hiệu suất lưu trữ năng lượng cao hơn kính neodymium 16 lần và tuổi thọ huỳnh quang cao gấp 3 lần kính neodymium. Nó cũng có những ưu điểm như nồng độ pha tạp cao, băng thông hấp thụ và có thể được bơm trực tiếp bằng chất bán dẫn, khiến nó rất phù hợp với laser công suất cao. Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của kính laser ytterbium thường dựa vào sự hỗ trợ của neodymium, chẳng hạn như sử dụng Nd3+ làm chất nhạy sáng để làm cho kính laser ytterbium hoạt động ở nhiệt độ phòng và phát xạ laser μ đạt được ở bước sóng m. Vì vậy, ytterbium và neodymium vừa là đối thủ cạnh tranh vừa là đối tác hợp tác trong lĩnh vực kính laser.
Bằng cách điều chỉnh thành phần thủy tinh, nhiều tính chất phát quang của thủy tinh laser ytterbium có thể được cải thiện. Với sự phát triển của laser công suất cao là hướng chính, laser làm bằng thủy tinh laser ytterbium ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại, nông nghiệp, y học, nghiên cứu khoa học và các ứng dụng quân sự.
Sử dụng trong quân sự: Sử dụng năng lượng tạo ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân làm năng lượng luôn là mục tiêu được mong đợi và đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát sẽ là phương tiện quan trọng để nhân loại giải quyết các vấn đề năng lượng. Kính laser pha tạp Ytterbium đang trở thành vật liệu được ưa chuộng để đạt được các nâng cấp phản ứng tổng hợp giới hạn quán tính (ICF) trong thế kỷ 21 do hiệu suất laser tuyệt vời của nó.
Vũ khí laser sử dụng năng lượng cực lớn của chùm tia laser để tấn công và phá hủy mục tiêu, tạo ra nhiệt độ hàng tỷ độ C và tấn công trực tiếp với tốc độ ánh sáng. Chúng có thể được gọi là Nadana và có sức sát thương 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 biến nó thành vật liệu cơ bản quan trọng để sản xuất vũ khí laser công suất cao và hiệu suất cao.
Laser sợi là công nghệ mới đang phát triển nhanh chóng và cũng thuộc lĩnh vực ứng dụng kính laser. Laser sợi là laser sử dụng sợi làm môi trường laser, là sản phẩm kết hợp giữa công nghệ sợi và laser. Đây là công nghệ laser mới được phát triển trên cơ sở công nghệ khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA). Laser sợi bao gồm một diode laser bán dẫn làm nguồn bơm, một ống dẫn sóng sợi quang và môi trường khuếch đại, và các thành phần quang học như sợi lưới và bộ ghép. Nó không yêu cầu điều chỉnh cơ học đường dẫn quang và cơ chế nhỏ gọn và dễ tích hợp. So với laser thể rắn và laser bán dẫn truyền thống, nó có những ưu điểm về công nghệ và hiệu suất như chất lượng chùm tia cao, độ ổn định tốt, khả năng chống nhiễu môi trường mạnh, không cần điều chỉnh, không cần bảo trì và cấu trúc nhỏ gọn. Do các ion pha tạp chủ yếu là Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, tất cả đều sử dụng sợi đất hiếm làm môi trường khuếch đại, nên laser sợi do công ty phát triển cũng có thể được gọi là laser sợi đất hiếm.
Ứng dụng laser: Laser sợi quang hai lớp pha tạp ytterbium công suất cao đã trở thành một lĩnh vực nóng trong công nghệ laser thể rắn trên toàn thế giới trong những năm gần đây. Nó có những ưu điểm về chất lượng chùm tia tốt, cấu trúc nhỏ gọn và hiệu suất chuyển đổi cao, và có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong chế biến công nghiệp và các lĩnh vực khác. Sợi pha tạp ytterbium hai lớp thích hợp cho bơm laser bán dẫn, với hiệu suất ghép 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 ytterbium hai lớp của Trung Quốc không còn ngang bằng với trình độ tiên tiến của nước ngoài. Sợi pha tạp ytterbium, sợi pha tạp ytterbium hai lớp và sợi pha tạp ytterbium đồng do Trung Quốc phát triển đã đạt đến trình 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 các công nghệ cốt lõi được cấp bằng sáng chế cho nhiều sản phẩm và phương pháp.
Công ty laser IPG nổi tiếng thế giới của Đức gần đây đã công bố rằng hệ thống laser sợi quang pha tạp ytterbium mới ra mắt của họ có 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 ứng dụng trong hàn mịn, cắt và khoan đá.
Vật liệu laser là cốt lõi và nền tảng cho sự phát triển của công nghệ laser. Trong ngành công nghiệp laser luôn có câu nói rằng 'một thế hệ vật liệu, một thế hệ thiết bị'. Để phát triển các thiết bị laser tiên tiến và thiết thực, trước tiên cần phải sở hữu vật liệu laser hiệu suất cao và tích hợp các công nghệ liên quan khác. Tinh thể laser pha tạp Ytterbi và kính laser, với tư cách là lực lượng mới của vật liệu laser rắn, đang thúc đẩy sự phát triển sáng tạo của công nghệ laser và truyền thông sợi quang, đặc biệt là trong các công nghệ laser tiên tiến như laser tổng hợp hạt nhân công suất cao, laser gạch đập năng lượng cao và laser vũ khí năng lượng cao.
Ngoài ra, ytterbi cũng được sử dụng làm chất hoạt hóa bột huỳnh quang, gốm vô tuyến, phụ gia cho các thành phần bộ nhớ máy tính điện tử (bong bóng từ tính) và phụ gia thủy tinh quang học. Cần lưu ý rằng yttri và yttri đều là các nguyên tố đất hiếm. Mặc dù có sự khác biệt đáng kể trong tên tiếng Anh và ký hiệu nguyên tố, nhưng bảng chữ cái ngữ âm tiếng Trung có cùng âm tiết. Trong một số bản dịch tiếng Trung, yttri đôi khi bị nhầm lẫn là yttri. Trong trường hợp này, chúng ta cần theo dõi văn bản gốc và kết hợp các ký hiệu nguyên tố để xác nhận.
Thời gian đăng: 13-09-2023