IterbijumAtomski broj 70, atomska težina 173,04, naziv elementa izveden je iz mjesta otkrića. Sadržaj iterbija u kori je 0,000266%, uglavnom prisutan u fosforitu i naslagama crnog rijetkog zlata. Sadržaj u monazitu je 0,03%, a postoji 7 prirodnih izotopa.
Otkriveno
Od: Marinak
Vrijeme: 1878.
Lokacija: Švicarska
Godine 1878., švicarski hemičari Jean Charles i G. Marignac otkrili su novi rijetkozemni element, "erbijum". Godine 1907., Ulban i Weils su istakli da je Marignac odvojio smjesu lutecijevog oksida i iterbij oksida. U spomen na malo selo Yteerby u blizini Stockholma, gdje je otkrivena ruda itrijuma, ovaj novi element je nazvan iterbij sa simbolom Yb.
Elektronska konfiguracija
Elektronska konfiguracija
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Metal
Metalni iterbijum je srebrno sive boje, duktilan i ima meku teksturu. Na sobnoj temperaturi, iterbijum se može polako oksidirati zrakom i vodom.
Postoje dvije kristalne strukture: α- tip je plošno centriran kubični kristalni sistem (sobna temperatura -798 ℃); β- tip je prostorno centriran kubni kristalni sistem (iznad 798 ℃). Tačka topljenja 824 ℃, tačka ključanja 1427 ℃, relativna gustina 6,977 (α- tip), 6,54 (β- tip).
Nerastvorljiv u hladnoj vodi, rastvorljiv u kiselinama i tekućem amonijaku. Prilično je stabilan na zraku. Slično samariju i europiju, iterbijum pripada rijetkim zemnim elementima promjenjive valencije i može biti i u pozitivnom dvovalentnom stanju, pored toga što je obično trovalentan.
Zbog ove karakteristike promjenjive valencije, priprema metalnog iterbija ne bi se trebala provoditi elektrolizom, već metodom redukcijske destilacije za pripremu i prečišćavanje. Obično se metalni lantan koristi kao redukcijsko sredstvo za redukcijsku destilaciju, koristeći razliku između visokog tlaka pare metalnog iterbija i niskog tlaka pare metalnog lantana. Alternativno,tulijum, iterbijumilutecijkoncentrati se mogu koristiti kao sirovine, imetalni lantanMože se koristiti kao redukcijsko sredstvo. Pod uslovima vakuuma na visokoj temperaturi >1100 ℃ i <0,133 Pa, metalni iterbijum se može direktno ekstrahovati redukcionom destilacijom. Poput samarijuma i evropija, iterbijum se takođe može odvojiti i pročistiti mokrom redukcijom. Obično se kao sirovine koriste koncentrati tulija, iterbija i lutecija. Nakon rastvaranja, iterbijum se reducira u dvovalentno stanje, što uzrokuje značajne razlike u svojstvima, a zatim se odvaja od drugih trovalentnih rijetkih zemalja. Proizvodnja visoke čistoćeiterbijum oksidObično se provodi ekstrakcijskom hromatografijom ili metodom ionske izmjene.
Aplikacija
Koristi se za proizvodnju specijalnih legura. Legure iterbija su primijenjene u stomatologiji za metalurške i hemijske eksperimente.
Posljednjih godina, iterbijum se pojavio i brzo razvio u oblastima optičke komunikacije i laserske tehnologije.
Izgradnjom i razvojem "informacionog autoputa", računarske mreže i sistemi za prenos optičkih vlakana na velike udaljenosti imaju sve veće zahtjeve za performanse materijala od optičkih vlakana koji se koriste u optičkoj komunikaciji. Iterbijum ioni, zbog svojih odličnih spektralnih svojstava, mogu se koristiti kao materijali za pojačavanje vlakana za optičku komunikaciju, baš kao i erbijum i tulijum. Iako je rijetkozemni element erbijum i dalje glavni igrač u pripremi optičkih pojačala, tradicionalna kvarcna vlakna dopirana erbijem imaju mali opseg pojačanja (30 nm), što otežava ispunjavanje zahtjeva za brzim i velikim kapacitetom prenosa informacija. Yb3+ ioni imaju mnogo veći poprečni presjek apsorpcije od Er3+ iona oko 980 nm. Kroz efekat senzibilizacije Yb3+ i prenos energije erbija i iterbija, svjetlost od 1530 nm može se značajno poboljšati, čime se značajno poboljšava efikasnost pojačanja svjetlosti.
Posljednjih godina, istraživači sve više preferiraju fosfatno staklo dopirano erbijem i iterbijem. Fosfatna i fluorofosfatna stakla imaju dobru hemijsku i termičku stabilnost, kao i široku infracrvenu propusnost i velike karakteristike neuniformnog širenja, što ih čini idealnim materijalima za širokopojasna i visoko pojačana erbijem dopirana vlaknasta stakla. Yb3+ dopirana vlaknasta pojačala mogu postići pojačanje snage i malog signala, što ih čini pogodnim za polja kao što su optički senzori, laserska komunikacija u slobodnom prostoru i pojačanje ultra kratkih impulsa. Kina je trenutno izgradila najveći svjetski sistem optičkog prijenosa s jednim kanalom kapaciteta i najbrže brzine, te ima najširi informacioni autoput na svijetu. Iterbijem i drugim rijetkozemnim metalima dopirana vlaknasta pojačala i laserski materijali igraju ključnu i značajnu ulogu u njima.
Spektralne karakteristike iterbija se također koriste kao visokokvalitetni laserski materijali, kako kao laserski kristali, laserska stakla, tako i kao vlaknasti laseri. Kao laserski materijal velike snage, laserski kristali dopirani iterbijem formirali su ogromnu seriju, uključujući iterbijumom dopirani itrijum aluminijum granat (Yb: YAG), iterbijumom dopirani gadolinij-galijum granat (Yb: GGG), iterbijumom dopirani kalcijum fluorofosfat (Yb: FAP), iterbijumom dopirani stroncij fluorofosfat (Yb: S-FAP), iterbijumom dopirani itrijum vanadat (Yb: YV04), iterbijumom dopirani borat i silikat. Poluprovodnički laser (LD) je novi tip izvora pumpanja za lasere u čvrstom stanju. Yb: YAG ima mnoge karakteristike pogodne za LD pumpanje velike snage i postao je laserski materijal za LD pumpanje velike snage. Kristal Yb:S-FAP bi se u budućnosti mogao koristiti kao laserski materijal za lasersku nuklearnu fuziju, što je privuklo pažnju ljudi. U podesivim laserskim kristalima nalazi se hrom-iterbijum-holmijum-itrij-aluminijum-galijum-granat (Cr, Yb, Ho:YAGG) sa talasnim dužinama u rasponu od 2,84 do 3,05 μ, koje se mogu kontinuirano podešavati između m. Prema statistikama, većina infracrvenih bojevih glava koje se koriste u raketama širom svijeta koristi 3-5 μ. Stoga, razvoj Cr, Yb, Ho:YSGG lasera može pružiti efikasnu interferenciju za protumjere vođenog oružja u srednjem infracrvenom području i ima važan vojni značaj. Kina je postigla niz inovativnih rezultata sa međunarodnim naprednim nivoom u oblasti laserskih kristala dopiranih iterbijem (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP, itd.), rješavajući ključne tehnologije kao što su rast kristala i laserski brzi, pulsni, kontinuirani i podesivi izlaz. Rezultati istraživanja primijenjeni su u nacionalnoj odbrani, industriji i naučnom inženjerstvu, a kristalni proizvodi dopirani iterbijem izvezeni su u više zemalja i regija poput Sjedinjenih Američkih Država i Japana.
Druga glavna kategorija iterbijum laserskih materijala je lasersko staklo. Razvijena su različita laserska stakla s visokim poprečnim presjekom emisije, uključujući germanijum telurit, silicijum niobat, borat i fosfat. Zbog lakoće oblikovanja stakla, ono se može izrađivati u velikim dimenzijama i ima karakteristike poput visoke propusnosti svjetlosti i visoke ujednačenosti, što omogućava proizvodnju lasera velike snage. Poznato lasersko staklo rijetkih zemalja nekada je uglavnom bilo neodimijumsko staklo, koje ima historiju razvoja dugu preko 40 godina i zrelu tehnologiju proizvodnje i primjene. Oduvijek je bio preferirani materijal za laserske uređaje velike snage i korišten je u eksperimentalnim uređajima za nuklearnu fuziju i laserskom oružju. Laserski uređaji velike snage proizvedeni u Kini, koji se sastoje od laserskog neodimijumskog stakla kao glavnog laserskog medija, dostigli su svjetski napredni nivo. Ali lasersko neodimijumsko staklo sada se suočava sa snažnim izazovom od laserskog iterbijumskog stakla.
Posljednjih godina, veliki broj studija je pokazao da mnoga svojstva laserskog iterbijumskog stakla prevazilaze svojstva neodimijumskog stakla. Zbog činjenice da luminiscencija dopirana iterbijem ima samo dva energetska nivoa, efikasnost skladištenja energije je visoka. Uz isto pojačanje, iterbijumsko staklo ima efikasnost skladištenja energije 16 puta veću od neodimijumskog stakla i vijek trajanja fluorescencije 3 puta veći od neodimijumskog stakla. Također ima prednosti kao što su visoka koncentracija dopiranja, širina apsorpcije i mogućnost direktnog pumpanja poluprovodnicima, što ga čini vrlo pogodnim za lasere velike snage. Međutim, praktična primjena iterbijumskog laserskog stakla često se oslanja na pomoć neodimijuma, kao što je korištenje Nd3+ kao senzibilizatora kako bi iterbijumsko lasersko staklo radilo na sobnoj temperaturi, a μ laserska emisija se postiže na talasnoj dužini m. Dakle, iterbijum i neodimijum su i konkurenti i partneri u saradnji u oblasti laserskog stakla.
Prilagođavanjem sastava stakla mogu se poboljšati mnoga luminiscentna svojstva iterbijum laserskog stakla. Razvojem lasera velike snage kao glavnog smjera, laseri napravljeni od iterbijum laserskog stakla sve se šire koriste u modernoj industriji, poljoprivredi, medicini, naučnim istraživanjima i vojnim primjenama.
Vojna upotreba: Korištenje energije generirane nuklearnom fuzijom oduvijek je bio očekivani cilj, a postizanje kontrolirane nuklearne fuzije bit će važno sredstvo za čovječanstvo u rješavanju energetskih problema. Lasersko staklo dopirano iterbijem postaje preferirani materijal za postizanje poboljšanja inercijalne fuzije (ICF) u 21. stoljeću zbog svojih izvrsnih laserskih performansi.
Lasersko oružje koristi ogromnu energiju laserskog snopa za udaranje i uništavanje ciljeva, generirajući temperature od milijardi stepeni Celzijusa i direktno napadaju brzinom svjetlosti. Može se nazvati Nadana i ima veliku smrtonosnost, posebno je pogodno za moderne sisteme protivvazdušne odbrane u ratovanju. Odlične performanse laserskog stakla dopiranog iterbijumom učinile su ga važnim osnovnim materijalom za proizvodnju laserskog oružja velike snage i visokih performansi.
Fiber laser je brzo razvijajuća nova tehnologija i također pripada području primjene laserskog stakla. Fiber laser je laser koji koristi vlakno kao laserski medij, što je proizvod kombinacije vlaknaste i laserske tehnologije. To je nova laserska tehnologija razvijena na bazi tehnologije pojačala vlaknima dopiranog erbijem (EDFA). Fiber laser se sastoji od poluprovodničke laserske diode kao izvora pumpe, optičkog talasovoda i medija za pojačanje, te optičkih komponenti kao što su rešetkasta vlakna i spojnice. Ne zahtijeva mehaničko podešavanje optičkog puta, a mehanizam je kompaktan i jednostavan za integraciju. U poređenju sa tradicionalnim laserima u čvrstom stanju i poluprovodničkim laserima, ima tehnološke i performansne prednosti kao što su visok kvalitet snopa, dobra stabilnost, jaka otpornost na smetnje iz okoline, bez podešavanja, bez održavanja i kompaktna struktura. Zbog činjenice da su dopirani ioni uglavnom Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, koji svi koriste vlakna rijetkih zemalja kao medij za pojačanje, fiber laser koji je razvila kompanija može se nazvati i fiber laserom rijetkih zemalja.
Primjena lasera: Visokosnažni iterbijumom dopirani dvostruko obloženi vlaknasti laseri postali su popularno područje u tehnologiji lasera u čvrstom stanju na međunarodnom nivou posljednjih godina. Imaju prednosti dobrog kvaliteta snopa, kompaktne strukture i visoke efikasnosti konverzije, te imaju široke mogućnosti primjene u industrijskoj obradi i drugim oblastima. Dvostruko obložena iterbijumom dopirana vlakna su pogodna za pumpanje poluprovodničkih lasera, sa visokom efikasnošću spajanja i visokom laserskom izlaznom snagom, te su glavni smjer razvoja iterbijumom dopiranih vlakana. Kineska tehnologija dvostruko obloženih iterbijumom dopiranih vlakana više nije na nivou naprednog nivoa stranih zemalja. Vlakna dopirana iterbijem, dvostruko obložena iterbijumom dopirana vlakna i erbiumom ko-iterbiumom razvijena u Kini dostigla su napredni nivo sličnih stranih proizvoda u smislu performansi i pouzdanosti, imaju prednosti u troškovima i imaju osnovne patentirane tehnologije za više proizvoda i metoda.
Svjetski poznata njemačka kompanija za IPG lasere nedavno je objavila da njihov novo lansirani sistem optičkih vlakana dopiranih iterbijumom ima odlične karakteristike snopa, vijek trajanja pumpe preko 50000 sati, centralnu talasnu dužinu emisije od 1070nm-1080nm i izlaznu snagu do 20KW. Primjenjuje se u finom zavarivanju, rezanju i bušenju stijena.
Laserski materijali su jezgro i temelj za razvoj laserske tehnologije. U laserskoj industriji oduvijek je postojala izreka da je "jedna generacija materijala, jedna generacija uređaja". Da bi se razvili napredni i praktični laserski uređaji, potrebno je prvo posjedovati visokoperformansne laserske materijale i integrirati druge relevantne tehnologije. Iterbijumom dopirani laserski kristali i lasersko staklo, kao nova snaga čvrstih laserskih materijala, promoviraju inovativni razvoj optičke komunikacije i laserske tehnologije, posebno u najsavremenijim laserskim tehnologijama kao što su laseri za nuklearnu fuziju velike snage, laseri za pločice velike energije i laseri za oružje velike energije.
Osim toga, iterbijum se koristi i kao aktivator fluorescentnog praha, radio keramika, aditivi za elektronske računarske memorijske komponente (magnetski mjehurići) i aditivi za optičko staklo. Treba istaći da su i itrij i itrij rijetki zemni elementi. Iako postoje značajne razlike u engleskim nazivima i simbolima elemenata, kineska fonetska abeceda ima iste slogove. U nekim kineskim prijevodima, itrij se ponekad pogrešno naziva itrijem. U ovom slučaju, moramo pratiti originalni tekst i kombinovati simbole elemenata da bismo potvrdili.
Vrijeme objave: 30. avg. 2023.