Magical Rare Earth Element: Ytterbium

Ytterbium: atomic number 70, atomic weight 173.04, pangalan ng elemento na hinango mula sa lokasyon ng pagkatuklas nito.Ang nilalaman ngytterbiumsa crust ay 0.000266%, higit sa lahat ay naroroon sa phosphorite at black rare gold deposits, habang ang nilalaman sa monazite ay 0.03%, na may 7 natural na isotopes.

Pagtuklas ng Kasaysayan

Natuklasan ni: Marinak

Oras: 1878

Lokasyon: Switzerland 

Noong 1878, natuklasan ng mga Swiss chemist na sina Jean Charles at G Marignac ang isang bagong elemento ng bihirang lupa sa "erbium".Noong 1907, itinuro nina Ulban at Weils na pinaghiwalay ng Marignac ang pinaghalong lutetium oxide at ytterbium oxide.Bilang memorya ng maliit na nayon na pinangalanang Yteerby malapit sa Stockholm, kung saan natuklasan ang yttrium ore, ang bagong elementong ito ay pinangalanang Ytterbium na may simbolong Yb.

Pagsasaayos ng elektron

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

metal

Metalikong ytterbiumay silver grey, ductile, at may malambot na texture.Sa temperatura ng silid, ang ytterbium ay maaaring dahan-dahang ma-oxidize ng hangin at tubig.

Mayroong dalawang kristal na istruktura: α- Ang uri ay isang face centered cubic crystal system (temperatura ng silid -798 ℃);β- Ang uri ay isang body centered cubic (sa itaas 798 ℃) na sala-sala.Ang punto ng pagkatunaw 824 ℃, punto ng kumukulo 1427 ℃, relatibong density 6.977（ α- Uri), 6.54（ β- Uri).

Hindi matutunaw sa malamig na tubig, natutunaw sa mga acid at likidong ammonia.Ito ay medyo matatag sa hangin.Katulad ng samarium at europium, ang ytterbium ay kabilang sa variable valence rare earth, at maaari ding nasa positive divalent state bilang karagdagan sa pagiging karaniwang trivalent.

Dahil sa variable na katangian ng valence na ito, ang paghahanda ng metallic ytterbium ay hindi dapat isagawa sa pamamagitan ng electrolysis, ngunit sa pamamagitan ng reduction distillation method para sa paghahanda at paglilinis.Karaniwan,lanthanum metalay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas para sa pagbabawas ng distillation, na ginagamit ang pagkakaiba sa pagitan ng mataas na presyon ng singaw ng ytterbium metal at ang mababang presyon ng singaw ng lanthanum metal.Bilang kahalili,thulium, ytterbium, atlutetiumang mga concentrate ay maaaring gamitin bilang hilaw na materyales, at ang metal lanthanum ay maaaring gamitin bilang isang reducing agent.Sa ilalim ng mataas na temperatura na mga kondisyon ng vacuum na>1100 ℃ at<0.133Pa, ang metal ytterbium ay maaaring direktang makuha sa pamamagitan ng reduction distillation.Gaya ngsamariumateuropium,ang ytterbium ay maaari ding ihiwalay at linisin sa pamamagitan ng wet reduction.Karaniwan, ang thulium, ytterbium, at lutetium concentrates ay ginagamit bilang hilaw na materyales.Pagkatapos matunaw, ang ytterbium ay nabawasan sa isang divalent na estado, na nagiging sanhi ng mga makabuluhang pagkakaiba sa mga katangian, at pagkatapos ay ihihiwalay mula sa iba pang trivalent rare earth.Ang produksyon ng high-purity na ytterbium oxide ay karaniwang isinasagawa sa pamamagitan ng extraction chromatography o ion exchange method

Aplikasyon

Ginagamit para sa paggawa ng mga espesyal na haluang metal.Mga haluang metal ng Ytterbiumay inilapat sa dental na gamot para sa metalurhiko at kemikal na mga eksperimento.

Sa mga nagdaang taon, ang ytterbium ay lumitaw at mabilis na umunlad sa larangan ng fiber optic na komunikasyon at teknolohiya ng laser.

Sa pagtatayo at pag-unlad ng "highway ng impormasyon", ang mga network ng computer at mga malayuang optical fiber transmission system ay may lalong mataas na mga kinakailangan para sa pagganap ng mga optical fiber na materyales na ginagamit sa optical na komunikasyon.Ang mga ytterbium ions, dahil sa kanilang mahusay na spectral properties, ay maaaring gamitin bilang fiber amplification materials para sa optical communication, tulad ngerbiumatthulium.Bagama't ang rare earth element erbium pa rin ang pangunahing manlalaro sa paghahanda ng fiber amplifiers, ang tradisyonal na erbium-doped quartz fibers ay may maliit na gain bandwidth (30nm), na nagpapahirap na matugunan ang mga kinakailangan ng high-speed at high-capacity information transmission.Ang Yb3+ions ay may mas malaking absorption cross-section kaysa sa Er3+ions sa paligid ng 980nm.Sa pamamagitan ng epekto ng sensitization ng Yb3+ at ang paglipat ng enerhiya ng erbium at ytterbium, ang 1530nm na ilaw ay maaaring lubos na mapahusay, sa gayon ay lubos na nagpapabuti sa kahusayan ng amplification ng liwanag.

Sa mga nakalipas na taon, ang erbium ytterbium co doped phosphate glass ay lalong pinapaboran ng mga mananaliksik.Ang mga baso ng Phosphate at fluorophosphate ay may magandang chemical at thermal stability, pati na rin ang malawak na infrared transmittance at malalaking hindi pare-parehong katangian ng pagpapalawak, na ginagawa itong mainam na materyales para sa broadband at high gain na erbium-doped amplification fiber glass.Ang Yb3+doped fiber amplifier ay maaaring makamit ang power amplification at maliit na signal amplification, na ginagawang angkop ang mga ito para sa mga field gaya ng fiber optic sensors, free space laser communication, at ultra short pulse amplification.Kasalukuyang itinayo ng China ang pinakamalaking single channel capacity sa mundo at pinakamabilis na optical transmission system, at may pinakamalawak na information highway sa mundo.Ang Ytterbium doped at iba pang rare earth doped fiber amplifier at laser materials ay may mahalagang papel sa kanila.

Ang mga spectral na katangian ng ytterbium ay ginagamit din bilang mga de-kalidad na materyales ng laser, kapwa bilang mga laser crystal, laser glass, at fiber laser.Bilang isang high-power na laser material, ang ytterbium doped laser crystals ay bumuo ng isang malaking serye, kabilang ang ytterbium dopedyttrium aluminyogarnet (Yb: YAG), ytterbium dopedgadoliniumgallium garnet (Yb: GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb: FAP), ytterbium doped strontium fluorophosphate (Yb: S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadate (Yb: YV04), ytterbium doped borate, at silicate.Ang Semiconductor laser (LD) ay isang bagong uri ng pump source para sa solid-state lasers.Yb: Ang YAG ay may maraming katangian na angkop para sa high-power LD pumping at naging isang laser material para sa high-power na LD pumping.Yb: Ang kristal ng S-FAP ay maaaring gamitin bilang isang laser material para sa laser nuclear fusion sa hinaharap, na nakakaakit ng atensyon ng mga tao.Sa tunable laser crystals, mayroong chromium ytterbium holmium yttrium aluminum gallium garnet (Cr, Yb, Ho: YAGG) na may mga wavelength mula 2.84 hanggang 3.05 μ Patuloy na nababagay sa pagitan ng m.Ayon sa istatistika, karamihan sa mga infrared warhead na ginagamit sa mga missile sa buong mundo ay gumagamit ng 3-5 μ Samakatuwid, ang pagbuo ng Cr, Yb, Ho: YSGG lasers ay maaaring magbigay ng epektibong interference para sa mid infrared guided weapon countermeasures, at may mahalagang kahalagahang militar.Nakamit ng China ang isang serye ng mga makabagong resulta na may internasyonal na advanced na antas sa larangan ng ytterbium doped laser crystals (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, atbp.), paglutas ng mga pangunahing teknolohiya tulad ng crystal growth at laser fast, pulse, tuloy-tuloy, at adjustable na output.Ang mga resulta ng pananaliksik ay inilapat sa pambansang pagtatanggol, industriya, at siyentipikong inhinyero, at ang mga produktong kristal na doped ng ytterbium ay na-export sa maraming bansa at rehiyon gaya ng Estados Unidos at Japan.

Ang isa pang pangunahing kategorya ng mga materyales ng ytterbium laser ay laser glass.Ang iba't ibang high emission cross-section laser glasses ay binuo, kabilang ang germanium tellurite, silicon niobate, borate, at phosphate.Dahil sa kadalian ng paghubog ng salamin, maaari itong gawin sa malalaking sukat at may mga katangian tulad ng mataas na pagpapadala ng liwanag at mataas na pagkakapareho, na ginagawang posible na makagawa ng mga high-power na laser.Ang pamilyar na rare earth laser glass dati ay higit sa lahatneodymiumsalamin, na may kasaysayan ng pag-unlad ng higit sa 40 taon at mature na teknolohiya ng produksyon at aplikasyon.Ito ay palaging ang ginustong materyal para sa mga high-power na laser device at ginamit sa nuclear fusion experimental device at laser weapons.Ang mga high-power laser device na binuo sa China, na binubuo ng laserneodymiumsalamin bilang pangunahing daluyan ng laser, ay umabot sa advanced na antas ng mundo.Ngunit nahaharap ngayon ang laser neodymium glass sa isang malakas na hamon mula sa laser ytterbium glass.

Sa mga nagdaang taon, ang isang malaking bilang ng mga pag-aaral ay nagpakita na maraming mga katangian ng laser ytterbium glass ay lumampas sa mganeodymiumsalamin.Dahil sa katotohanan na ang ytterbium doped luminescence ay mayroon lamang dalawang antas ng enerhiya, ang kahusayan sa pag-iimbak ng enerhiya ay mataas.Kasabay nito, ang ytterbium glass ay may kahusayan sa pag-iimbak ng enerhiya na 16 beses na mas mataas kaysa sa neodymium glass, at isang fluorescence lifetime na 3 beses kaysa sa neodymium glass.Mayroon din itong mga pakinabang tulad ng mataas na konsentrasyon ng doping, bandwidth ng pagsipsip, at maaaring direktang i-pump ng mga semiconductors, na ginagawa itong napaka-angkop para sa mga high-power na laser.Gayunpaman, ang praktikal na aplikasyon ng ytterbium laser glass ay kadalasang umaasa sa tulong ng neodymium, tulad ng paggamit ng Nd3+ bilang isang sensitizer upang paandarin ang ytterbium laser glass sa temperatura ng silid at ang μ Laser emission ay nakakamit sa m wavelength.Kaya, ang ytterbium at neodymium ay parehong kakumpitensya at collaborative na kasosyo sa larangan ng laser glass.

Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng komposisyon ng salamin, maraming luminescent na katangian ng ytterbium laser glass ang maaaring mapabuti.Sa pagbuo ng mga high-power laser bilang pangunahing direksyon, ang mga laser na gawa sa ytterbium laser glass ay lalong malawak na ginagamit sa modernong industriya, agrikultura, medisina, siyentipikong pananaliksik, at mga aplikasyong militar.

Paggamit ng militar: Ang paggamit ng enerhiya na nabuo ng nuclear fusion bilang enerhiya ay palaging isang inaasahang layunin, at ang pagkamit ng kontroladong nuclear fusion ay magiging isang mahalagang paraan para sa sangkatauhan upang malutas ang mga problema sa enerhiya.Ang Ytterbium doped laser glass ay nagiging mas gustong materyal para sa pagkamit ng inertial confinement fusion (ICF) na mga upgrade sa ika-21 siglo dahil sa mahusay nitong pagganap sa laser.

Ginagamit ng mga sandatang laser ang napakalaking enerhiya ng isang laser beam upang hampasin at sirain ang mga target, na bumubuo ng mga temperatura na bilyun-bilyong digri Celsius at direktang umaatake sa bilis ng liwanag.Maaari silang tawaging Nadana at may malaking kabagsikan, lalo na angkop para sa modernong air defense weapon system sa digmaan.Ang mahusay na pagganap ng ytterbium doped laser glass ay ginawa itong isang mahalagang pangunahing materyal para sa paggawa ng mataas na kapangyarihan at mataas na pagganap ng mga armas ng laser.

Ang fiber laser ay isang mabilis na pagbuo ng bagong teknolohiya at kabilang din sa larangan ng mga aplikasyon ng laser glass.Ang fiber laser ay isang laser na gumagamit ng fiber bilang laser medium, na isang produkto ng kumbinasyon ng fiber at laser technology.Ito ay isang bagong teknolohiya ng laser na binuo batay sa teknolohiya ng erbium doped fiber amplifier (EDFA).Ang fiber laser ay binubuo ng isang semiconductor laser diode bilang pinagmumulan ng pump, isang fiber optic waveguide at isang gain medium, at mga optical na bahagi tulad ng mga grating fibers at couplers.Hindi ito nangangailangan ng mekanikal na pagsasaayos ng optical path, at ang mekanismo ay compact at madaling isama.Kung ikukumpara sa tradisyunal na solid-state laser at semiconductor laser, mayroon itong mga teknolohikal at pakinabang sa pagganap tulad ng mataas na kalidad ng beam, mahusay na katatagan, malakas na pagtutol sa panghihimasok sa kapaligiran, walang pagsasaayos, walang pagpapanatili, at compact na istraktura.Dahil sa ang katunayan na ang mga doped ions ay pangunahing Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, na lahat ay gumagamit ng mga rare earth fibers bilang gain media, ang fiber laser na binuo ng kumpanya ay maaari ding ay tinatawag na isang rare earth fiber laser.

Laser application: Ang high power ytterbium doped double clad fiber laser ay naging isang mainit na larangan sa solid-state laser technology sa buong mundo sa mga nakaraang taon.Ito ay may mga pakinabang ng mahusay na kalidad ng beam, compact na istraktura, at mataas na kahusayan ng conversion, at may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa industriyal na pagproseso at iba pang mga larangan.Ang double clad ytterbium doped fibers ay angkop para sa semiconductor laser pumping, na may mataas na coupling efficiency at mataas na laser output power, at ang pangunahing direksyon ng pag-unlad ng ytterbium doped fibers.Ang teknolohiyang double clad ytterbium doped fiber ng China ay hindi na katumbas ng advanced na antas ng mga dayuhang bansa.Ang ytterbium doped fiber, double clad ytterbium doped fiber, at erbium ytterbium co doped fiber na binuo sa China ay umabot sa advanced na antas ng mga katulad na dayuhang produkto sa mga tuntunin ng pagganap at pagiging maaasahan, may mga bentahe sa gastos, at may mga pangunahing patent na teknolohiya para sa maraming produkto at pamamaraan .

Kamakailan ay inanunsyo ng kilalang kumpanya ng German IPG laser na ang kanilang bagong inilunsad na ytterbium doped fiber laser system ay may mahusay na mga katangian ng beam, isang pump life na higit sa 50000 oras, isang central emission wavelength na 1070nm-1080nm, at isang output power na hanggang 20KW.Ito ay inilapat sa pinong hinang, pagputol, at pagbabarena ng bato.

Ang mga materyales sa laser ay ang pangunahing at pundasyon para sa pagbuo ng teknolohiya ng laser.Mayroong palaging isang kasabihan sa industriya ng laser na 'isang henerasyon ng mga materyales, isang henerasyon ng mga aparato'.Upang makabuo ng mga advanced at praktikal na laser device, kailangan munang magkaroon ng mga materyales sa laser na may mataas na pagganap at isama ang iba pang nauugnay na teknolohiya.Ang Ytterbium doped laser crystals at laser glass, bilang bagong puwersa ng solid laser materials, ay nagtataguyod ng makabagong pag-unlad ng fiber optic na komunikasyon at teknolohiya ng laser, lalo na sa mga makabagong teknolohiya ng laser tulad ng high-power nuclear fusion lasers, high-energy beat. tile laser, at high-energy weapon laser.

Bilang karagdagan, ang ytterbium ay ginagamit din bilang fluorescent powder activator, radio ceramics, additives para sa electronic computer memory component (magnetic bubbles), at optical glass additives.Dapat itong ituro na ang yttrium at yttrium ay parehong bihirang elemento ng lupa.Bagama't may mga makabuluhang pagkakaiba sa mga pangalan ng Ingles at mga simbolo ng elemento, ang alpabetong phonetic ng Tsino ay may parehong mga pantig.Sa ilang pagsasalin ng Chinese, ang yttrium ay minsan ay nagkakamali na tinutukoy bilang yttrium.Sa kasong ito, kailangan nating subaybayan ang orihinal na teksto at pagsamahin ang mga simbolo ng elemento upang kumpirmahin.