YtterbiumJärjestysluku 70, atomipaino 173,04, alkuaineen nimi on johdettu löytöpaikasta. Ytterbiumin pitoisuus kuoressa on 0,000266 %, ja sitä esiintyy pääasiassa fosforiitissa ja mustan harvinaisen kullan esiintymissä. Monatsiitissa ytterbiumin pitoisuus on 0,03 %, ja luonnossa on 7 isotooppia.
Löytyi
Tekijä: Marinak
Aika: 1878
Sijainti: Sveitsi
Vuonna 1878 sveitsiläiset kemistit Jean Charles ja G. Marignac löysivät uuden harvinaisen maametallin, erbiumin. Vuonna 1907 Ulban ja Weils huomauttivat, että Marignac erotti lutetiumoksidin ja ytterbiumoksidin seoksen. Tukholman lähellä sijaitsevan pienen Yteerbyn kylän muistoksi, josta yttriummalmi löydettiin, tämä uusi alkuaine nimettiin ytterbiumiksi ja sen tunnukseksi merkitään Yb.
Elektronikonfiguraatio
Elektronikonfiguraatio
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metalli
Metallinen ytterbium on hopeanharmaata, sitkeää ja pehmeää. Huoneenlämmössä ytterbium voi hapettua hitaasti ilman ja veden vaikutuksesta.
Kiderakenteita on kaksi: α-tyyppi on pintakeskeinen kuutiollinen hilajärjestelmä (huoneenlämpötila -798 ℃); β-tyyppi on kappalekeskeinen kuutiollinen hilajärjestelmä (yli 798 ℃). Sulamispiste 824 ℃, kiehumispiste 1427 ℃, suhteellinen tiheys 6,977 (α-tyyppi), 6,54 (β-tyyppi).
Ei liukene kylmään veteen, liukenee happoihin ja nestemäiseen ammoniakkiin. Se on melko stabiili ilmassa. Samoin kuin samarium ja europium, ytterbium kuuluu vaihtelevan valenssin omaaviin harvinaisiin maametalleihin ja voi olla myös positiivisessa kaksiarvoisessa tilassa sen lisäksi, että se on yleensä kolmiarvoinen.
Tämän vaihtelevan valenssiominaisuuden vuoksi metallista ytterbiumia ei tulisi valmistaa elektrolyysillä, vaan pelkistystislausmenetelmällä valmistusta ja puhdistusta varten. Yleensä lantaanimetallia käytetään pelkistävänä aineena pelkistystislauksessa hyödyntäen ytterbiummetallin korkean ja lantaanimetallin matalan höyrynpaineen välistä eroa. Vaihtoehtoisesti,tulium ytterbiumjalutetiumtiivisteitä voidaan käyttää raaka-aineina, jametalli lantaanivoidaan käyttää pelkistimenä. Korkean lämpötilan tyhjiöolosuhteissa, jotka ovat yli 1100 ℃ ja alle 0,133 Pa, metalli-ytterbium voidaan uuttaa suoraan pelkistystislauksella. Kuten samarium ja europium, ytterbium voidaan myös erottaa ja puhdistaa märkäpelkityksen avulla. Yleensä tulium-, ytterbium- ja lutetiumkonsentraatteja käytetään raaka-aineina. Liuotuksen jälkeen ytterbium pelkistetään kaksiarvoiseen tilaan, mikä aiheuttaa merkittäviä eroja ominaisuuksissa, ja sitten se erotetaan muista kolmiarvoisista harvinaisista maametalleista. Korkean puhtauden tuotantoytterbiumoksidiYleensä se tehdään uuttokromatografialla tai ioninvaihtomenetelmällä.
Hakemus
Käytetään erikoisseosten valmistukseen. Ytterbiumseoksia on käytetty hammaslääketieteessä metallurgisissa ja kemiallisissa kokeissa.
Viime vuosina ytterbium on syntynyt ja kehittynyt nopeasti valokuituviestinnän ja laserteknologian aloilla.
"Tietovaltatien" rakentamisen ja kehityksen myötä tietokoneverkot ja pitkän matkan optisten kuitujen siirtojärjestelmät asettavat yhä korkeampia vaatimuksia optisessa viestinnässä käytettävien optisten kuitumateriaalien suorituskyvylle. Ytterbiumioneja voidaan erinomaisten spektriominaisuuksiensa ansiosta käyttää kuituvahvistusmateriaaleina optisessa viestinnässä aivan kuten erbiumia ja tuliumia. Vaikka harvinaisten maametallien alkuaine erbium on edelleen tärkein tekijä kuituvahvistimien valmistuksessa, perinteisillä erbiumilla seostetuilla kvartsikuituilla on pieni vahvistuskaistanleveys (30 nm), mikä vaikeuttaa nopean ja suuren kapasiteetin tiedonsiirron vaatimusten täyttämistä. Yb3+-ioneilla on paljon suurempi absorptiopoikkileikkaus kuin Er3+-ioneilla noin 980 nm:n aallonpituudella. Yb3+:n herkistävän vaikutuksen ja erbiumin ja ytterbiumin energiansiirron ansiosta 1530 nm:n valoa voidaan parantaa huomattavasti, mikä parantaa merkittävästi valon vahvistustehokkuutta.
Viime vuosina tutkijat ovat suosineet yhä enemmän erbiumilla ja ytterbiumilla seostettua fosfaattilasia. Fosfaatti- ja fluorofosfaattilaseilla on hyvä kemiallinen ja terminen stabiilius, laaja infrapunasäteily ja suuret epätasaiset levenemisominaisuudet, mikä tekee niistä ihanteellisia materiaaleja laajakaistaisille ja suuren vahvistuksen omaaville erbiumilla seostetuille vahvistuslasille. Yb3+-seostetut kuituvahvistimet voivat saavuttaa tehonvahvistuksen ja pienen signaalinvahvistuksen, mikä tekee niistä sopivia esimerkiksi kuituoptisiin antureihin, vapaan tilan laserviestintään ja erittäin lyhyiden pulssien vahvistukseen. Kiina on tällä hetkellä rakentanut maailman suurimman yksittäisen kanavan kapasiteetin ja nopeimman optisen siirtojärjestelmän, ja sillä on maailman laajin tiedonsiirtoväylä. Ytterbiumilla ja muilla harvinaisilla maametalleilla seostetut kuituvahvistimet ja lasermateriaalit ovat niissä ratkaisevassa ja merkittävässä roolissa.
Ytterbiumin spektraalisia ominaisuuksia käytetään myös korkealaatuisina lasermateriaaleina, sekä laserkiteinä, laserlaseina että kuitulasereina. Suuritehoisena lasermateriaalina ytterbiumilla seostetuista laserkiteistä on muodostunut valtava sarja, johon kuuluvat ytterbiumilla seostettu yttriumalumiinigranaatti (Yb: YAG), ytterbiumilla seostettu gadoliniumgalliumgranaatti (Yb: GGG), ytterbiumilla seostettu kalsiumfluorofosfaatti (Yb: FAP), ytterbiumilla seostettu strontiumfluorofosfaatti (Yb: S-FAP), ytterbiumilla seostettu yttriumvanadaatti (Yb: YV04), ytterbiumilla seostettu boraatti ja silikaatti. Puolijohdelaser (LD) on uudentyyppinen pumppauslähde kiinteän olomuodon lasereille. Yb:YAG:lla on monia ominaisuuksia, jotka soveltuvat suuritehoiseen LD-pumppaukseen, ja siitä on tullut lasermateriaali suuritehoiseen LD-pumppaukseen. Yb:S-FAP-kiteitä voidaan tulevaisuudessa käyttää lasermateriaalina laserydinfuusiossa, mikä on herättänyt ihmisten huomion. Viritettävissä laserkiteissä on kromi-ytterbium-holmium-yttrium-alumiini-galliumgranaattia (Cr, Yb, Ho: YAGG), jonka aallonpituudet vaihtelevat 2,84 - 3,05 μ:n välillä ja ovat portaattomasti säädettävissä m:n välillä. Tilastojen mukaan useimmat maailmanlaajuisesti ohjuksissa käytettävät infrapunataistelukärjet käyttävät 3-5 μ:n aallonpituuksia. Siksi Cr-, Yb-, Ho:YSGG-lasereiden kehittäminen voi tarjota tehokasta interferenssiä keski-infrapunaohjattujen aseiden vastatoimiin, ja sillä on tärkeä sotilaallinen merkitys. Kiina on saavuttanut sarjan innovatiivisia tuloksia kansainvälisesti edistyneellä tasolla ytterbiumilla seostettujen laserkiteiden (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP jne.) alalla, ratkaisten keskeisiä teknologioita, kuten kiteenkasvatusta ja laserin nopeaa, pulssimaista, jatkuvaa ja säädettävää tehoa. Tutkimustuloksia on sovellettu maanpuolustukseen, teollisuuteen ja tieteelliseen suunnitteluun, ja ytterbiumilla seostettuja kidetuotteita on viety useisiin maihin ja alueille, kuten Yhdysvaltoihin ja Japaniin.
Toinen merkittävä ytterbiumlasermateriaalien luokka on laserlasi. On kehitetty erilaisia suuren emission poikkileikkauksen omaavia laserlaseja, kuten germaniumtelluriitti, piiniobaatti, boraatti ja fosfaatti. Lasin muovattavuuden helppouden ansiosta siitä voidaan tehdä suuria kokoja, ja sillä on ominaisuuksia, kuten korkea valonläpäisykyky ja korkea tasaisuus, jotka mahdollistavat suurteholasereiden tuotannon. Tuttu harvinaisten maametallien laserlasi oli aiemmin pääasiassa neodyymilasia, jolla on yli 40 vuoden kehityshistoria ja kypsä tuotanto- ja sovellusteknologia. Se on aina ollut ensisijainen materiaali suuritehoisille laserlaitteille, ja sitä on käytetty ydinfuusiokokeissa ja laseraseissa. Kiinassa valmistetut suuritehoiset laserlaitteet, joiden pääasiallinen laserväliaine on laserneodyymilasi, ovat saavuttaneet maailman edistyneen tason. Mutta laserneodyymilasi kohtaa nyt voimakkaan haasteen laserytterbiumlasilta.
Viime vuosina suuri määrä tutkimuksia on osoittanut, että monet laser-ytterbiumlasin ominaisuudet ylittävät neodyymilasin ominaisuudet. Koska ytterbiumilla seostetulla luminesenssilla on vain kaksi energiatasoa, energian varastointitehokkuus on korkea. Samalla vahvistuksella ytterbiumlasin energian varastointitehokkuus on 16 kertaa suurempi kuin neodyymilasilla ja fluoresenssin elinikä kolminkertainen neodyymilasiin verrattuna. Sillä on myös etuja, kuten korkea seostuspitoisuus, absorptiokaistanleveys ja se, että sitä voidaan pumpata suoraan puolijohteilla, mikä tekee siitä erittäin sopivan suuritehoisille lasereille. Ytterbium-laserlasin käytännön sovellukset perustuvat kuitenkin usein neodyymin apuun, kuten Nd3+:n käyttöön herkistimenä, jotta ytterbium-laserlasi toimisi huoneenlämmössä ja μ-laserpäästöt saavutetaan m-aallonpituudella. Ytterbium ja neodyymi ovat siis sekä kilpailijoita että yhteistyökumppaneita laserlasin alalla.
Lasin koostumusta säätämällä voidaan parantaa monia ytterbiumlaserlasin luminoivia ominaisuuksia. Suuritehoisten lasereiden kehityksen myötä pääasiallisena suuntauksena ytterbiumlaserlasista valmistettuja lasereita käytetään yhä laajemmin nykyaikaisessa teollisuudessa, maataloudessa, lääketieteessä, tieteellisessä tutkimuksessa ja sotilassovelluksissa.
Sotilaskäyttö: Ydinfuusion tuottaman energian käyttö energiana on aina ollut tavoite, ja hallitun ydinfuusion saavuttaminen on ihmiskunnalle tärkeä keino ratkaista energiaongelmia. Ytterbiumilla seostettu laserlasi on tulossa ensisijainen materiaali inertiaalisen koossapitofuusion (ICF) parantamiseen 2000-luvulla erinomaisen lasersuorituskykynsä ansiosta.
Laseraseet käyttävät lasersäteen valtavaa energiaa kohteiden iskemiseen ja tuhoamiseen, tuottaen miljardien celsiusasteiden lämpötiloja ja iskeen suoraan valonnopeudella. Niitä voidaan kutsua nimellä Nadana, ja niillä on suuri tappavuus, mikä sopii erityisen hyvin nykyaikaisiin ilmapuolustusjärjestelmiin sodankäynnissä. Ytterbiumilla seostetun laserlasin erinomainen suorituskyky on tehnyt siitä tärkeän perusmateriaalin suurtehoisten ja suorituskykyisten laseraseiden valmistukseen.
Kuitulaser on nopeasti kehittyvä uusi teknologia ja kuuluu myös laserlasisovellusten alaan. Kuitulaser on laser, joka käyttää kuitua laserväliaineena, ja se on kuitu- ja laserteknologian yhdistelmätuote. Se on uusi laserteknologia, joka on kehitetty erbiumilla seostettuun kuituvahvistintekniikkaan (EDFA) perustuen. Kuitulaser koostuu puolijohdelaserdiodista pumppauslähteenä, kuituoptisesta aaltojohteesta ja vahvistusväliaineesta sekä optisista komponenteista, kuten hilakuiduista ja kytkimistä. Se ei vaadi optisen reitin mekaanista säätöä, ja mekanismi on kompakti ja helppo integroida. Verrattuna perinteisiin puolijohdelasereihin ja puolijohdelasereihin sillä on teknologisia ja suorituskykyetuja, kuten korkea säteen laatu, hyvä vakaus, vahva kestävyys ympäristön häiriöille, säätöjen ja huollon tarve sekä kompakti rakenne. Koska seostetut ionit ovat pääasiassa Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, jotka kaikki käyttävät harvinaisten maametallien kuituja vahvistusväliaineina, yrityksen kehittämää kuitulaseria voidaan kutsua myös harvinaisten maametallien kuitulaseriksi.
Lasersovellus: Suuritehoinen ytterbiumilla seostettu kaksoispäällysteinen kuitulaser on viime vuosina noussut kansainvälisesti kuumaksi alan solid-state-laserteknologiassa. Sen etuna on hyvä säteen laatu, kompakti rakenne ja korkea muunnoshyötysuhde, ja sillä on laajat sovellusmahdollisuudet teollisessa prosessoinnissa ja muilla aloilla. Kaksoispäällysteiset ytterbiumilla seostetut kuidut soveltuvat puolijohdelaserien pumppaukseen, ja niillä on korkea kytkentähyötysuhde ja suuri laserin lähtöteho, ja ne ovat ytterbiumilla seostettujen kuitujen pääasiallinen kehityssuunta. Kiinan kaksoispäällysteinen ytterbiumilla seostettu kuituteknologia ei ole enää ulkomaisten maiden edistyneen tason tasolla. Kiinassa kehitetyt ytterbiumilla seostetut kuidut, kaksoispäällysteiset ytterbiumilla seostetut kuidut ja erbiumilla ja ytterbiumilla seostetut kuidut ovat saavuttaneet vastaavien ulkomaisten tuotteiden edistyneen tason suorituskyvyn ja luotettavuuden suhteen, ja niillä on kustannusetuja sekä ydinpatentoituja teknologioita useille tuotteille ja menetelmille.
Maailmankuulu saksalainen IPG-laseryritys ilmoitti hiljattain, että heidän uudella ytterbiumilla seostetulla kuitulaserjärjestelmällään on erinomaiset sädeominaisuudet, yli 50 000 tunnin pumpun käyttöikä, 1070–1080 nm:n keskeinen emissioaallonpituus ja jopa 20 kW:n lähtöteho. Sitä on käytetty hienohitsauksessa, leikkauksessa ja kallionporauksessa.
Lasermateriaalit ovat laserteknologian kehityksen ydin ja perusta. Laserteollisuudessa on aina ollut sanonta, että "yksi sukupolvi materiaaleja, yksi sukupolvi laitteita". Edistyksellisten ja käytännöllisten laserlaitteiden kehittämiseksi on ensin hankittava tehokkaita lasermateriaaleja ja integroitava muita asiaankuuluvia teknologioita. Ytterbiumilla seostetut laserkiteet ja laserlasi kiinteiden lasermateriaalien uutena voimana edistävät kuituoptisen tiedonsiirron ja laserteknologian innovatiivista kehitystä, erityisesti huippuluokan laserteknologioissa, kuten suuritehoisissa ydinfuusiolasereissa, suuritehoisissa laattalasereissa ja suuritehoisissa aselasereissa.
Lisäksi ytterbiumia käytetään myös fluoresoivana jauheaktivaattorina, radiokeraamissa, elektronisten tietokoneiden muistikomponenttien lisäaineina (magneettiset kuplat) ja optisten lasien lisäaineina. On huomattava, että yttrium ja yttrium ovat molemmat harvinaisia maametalleja. Vaikka englanninkielisissä nimissä ja alkuaineiden symboleissa on merkittäviä eroja, kiinankielisessä foneettisessa aakkosessa on samat tavut. Joissakin kiinankielisissä käännöksissä yttriumia kutsutaan joskus virheellisesti nimellä yttrium. Tässä tapauksessa meidän on jäljitettävä alkuperäinen teksti ja yhdistettävä alkuaineiden symboleja vahvistaaksemme asian.
Julkaisun aika: 30.8.2023