Чароўны рэдказямельны элемент: ітэрбій

Ітэрбій: атамны нумар 70, атамная маса 173,04, назва элемента паходзіць ад месца яго адкрыцця. Утрыманне ітэрбія ў кары складае 0,000266%, у асноўным прысутнічае ў радовішчах фасфарытаў і чорнага рэдкага золата. Утрыманне ў монацыце складае 0,03%, прыродных ізатопаў 7

Адкрылі

Паводле: Марынак

Час: 1878 год

Месцазнаходжанне: Швейцарыя

У 1878 г. швейцарскія хімікі Жан Шарль і Г. Марыньяк адкрылі ў «эрбіі» новы рэдказямельны элемент. У 1907 годзе Ульбан і Вайльс адзначылі, што Марыньяк раздзяліў сумесь аксіду лютэцыя і аксіду ітэрбія. У памяць аб невялікай вёсцы пад назвай Yteerby недалёка ад Стакгольма, дзе была знойдзена ітрыевая руда, гэты новы элемент быў названы Ітэрбій з сімвалам Yb.

Канфігурацыя электрона

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

Метал

Металічны ітэрбій серабрыста-шэры, пластычны і мае мяккую тэкстуру. Пры пакаёвай тэмпературы ітэрбій можа павольна акісляцца паветрам і вадой.

Ёсць дзве крышталічныя структуры: α-тып - кубічная крышталічная сістэма з гранецэнтраваным (пакаёвая тэмпература -798 ℃); β-тып - кубічная (вышэй 798 ℃) рашотка з цэнтрам цела. Тэмпература плаўлення 824 ℃, тэмпература кіпення 1427 ℃, адносная шчыльнасць 6,977 (α-тып), 6,54 (β-тып).

Не раствараецца ў халоднай вадзе, раствараецца ў кіслотах і нашатырным спірце. Ён даволі ўстойлівы на паветры. Падобна самарыю і еўропію, ітэрбій належыць да рэдказямельных элементаў з пераменнай валентнасцю і можа знаходзіцца ў станоўчым двухвалентным стане ў дадатак да таго, што ён звычайна трохвалентны.

З-за гэтай характарыстыкі зменнай валентнасці падрыхтоўка металічнага ітэрбія павінна праводзіцца не метадам электролізу, а метадам аднаўленчай дыстыляцыі для атрымання і ачысткі. Звычайна металічны лантан выкарыстоўваецца ў якасці аднаўляльніка для аднаўленчай дыстыляцыі, выкарыстоўваючы розніцу паміж высокім ціскам пары металічнага ітэрбія і нізкім ціскам пары металічнага лантана. У якасці альтэрнатывы,тулій, ітэрбій, ілютэцыяу якасці сыравіны можна выкарыстоўваць канцэнтраты, аметалічны лантанможа выкарыстоўвацца як аднаўляльнік. Ва ўмовах высокатэмпературнага вакууму >1100 ℃ і <0,133 Па металічны ітэрбій можа быць непасрэдна экстрагаваны аднаўленчай дыстыляцыяй. Як самарый і еўрапій, ітэрбій таксама можа быць падзелены і ачышчаны метадам мокрага аднаўлення. Звычайна ў якасці сыравіны выкарыстоўваюць тулиевых, итербиевых і лютециевых канцэнтраты. Пасля растварэння ітэрбій аднаўляецца да двухвалентнага стану, выклікаючы значныя адрозненні ва ўласцівасцях, а затым аддзяляецца ад іншых трохвалентных рэдказямельных элементаў. Прадукцыя высокай чысцініаксід ітэрбіязвычайна праводзіцца метадам экстракцыйнай храматаграфіі або метадам іённага абмену.

Ужыванне

Выкарыстоўваецца для вытворчасці спецыяльных сплаваў. Ітэрбіевыя сплавы прымяняюцца ў стаматалогіі для металургічных і хімічных эксперыментаў.

У апошнія гады ітэрбій з'явіўся і хутка развіваўся ў галіне валаконна-аптычнай сувязі і лазерных тэхналогій.

З будаўніцтвам і развіццём «інфармацыйнай магістралі» камп'ютэрныя сеткі і сістэмы перадачы аптычных валокнаў на вялікія адлегласці прад'яўляюць усё больш высокія патрабаванні да прадукцыйнасці валаконна-аптычных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў аптычнай сувязі. Іёны ітэрбія дзякуючы сваім выдатным спектральным уласцівасцям могуць быць выкарыстаны ў якасці матэрыялаў для ўзмацнення валакна для аптычнай сувязі, як і эрбій і тулій. Нягледзячы на ​​​​тое, што рэдказямельны элемент эрбій па-ранейшаму з'яўляецца галоўным удзельнікам падрыхтоўкі валаконных узмацняльнікаў, традыцыйныя кварцавыя валакна, легаваныя эрбіем, маюць невялікую прапускную здольнасць узмацнення (30 нм), што ўскладняе выкананне патрабаванняў перадачы інфармацыі з высокай хуткасцю і вялікай ёмістасцю. Іёны Yb3+ маюць значна большае сячэнне паглынання, чым іёны Er3+, каля 980 нм. Дзякуючы сенсібілізацыйнаму эфекту Yb3+ і перадачы энергіі эрбіем і ітэрбіем святло 1530 нм можа быць значна палепшана, тым самым значна паляпшаючы эфектыўнасць узмацнення святла.

У апошнія гады даследчыкі ўсё часцей аддаюць перавагу фасфатнаму шклу, легаванаму эрбіем ітэрбіем. Фасфатныя і фтарафасфатныя шкла валодаюць добрай хімічнай і тэрмічнай стабільнасцю, а таксама шырокім прапусканнем інфрачырвонага выпраменьвання і вялікімі характарыстыкамі нераўнамернага пашырэння, што робіць іх ідэальнымі матэрыяламі для шырокапалоснага шкловалакна з узмацненнем з высокім узмацненнем, легаванага эрбіем. Валакновыя ўзмацняльнікі з легіраваным Yb3+ могуць дасягнуць узмацнення магутнасці і невялікага ўзмацнення сігналу, што робіць іх прыдатнымі для такіх абласцей, як валаконна-аптычныя датчыкі, лазерная сувязь у вольнай прасторы і ўзмацненне ультракароткіх імпульсаў. У цяперашні час Кітай пабудаваў самую вялікую ў свеце сістэму аптычнай перадачы з адным каналам і хуткасцю, а таксама мае самую шырокую інфармацыйную магістраль у свеце. Валаконныя ўзмацняльнікі і лазерныя матэрыялы, легаваныя ітэрбіем і іншымі рэдказямельнымі элементамі, гуляюць у іх вырашальную і значную ролю.

Спектральныя характарыстыкі ітэрбія таксама выкарыстоўваюцца ў якасці высакаякасных лазерных матэрыялаў, як у якасці лазерных крышталяў, лазерных шклоў і валаконных лазераў. У якасці высокамагутнага лазернага матэрыялу лазерныя крышталі, легаваныя ітэрбіем, сфарміравалі велізарную серыю, у тым ліку легаваны ітэрбіем ітрыевы алюмініевы гранат (Yb: YAG), легаваны ітэрбіем гадолініевы галіевы гранат (Yb: GGG), легаваны ітэрбіем фтарафасфат кальцыя (Yb: FAP) , фторафасфат стронцыю, дапаваны ітэрбіем (Yb: S-FAP), легіраваны ітэрбіем ванадат ітрыю (Yb: YV04), легаваны ітэрбіем борат і сілікат. Паўправадніковы лазер (LD) - гэта новы тып крыніцы накачкі для цвёрдацельных лазераў. Yb: YAG валодае многімі характарыстыкамі, прыдатнымі для напампоўкі LD высокай магутнасці, і стаў лазерным матэрыялам для накачкі LD высокай магутнасці. Yb: крышталь S-FAP можа быць выкарыстаны ў якасці лазернага матэрыялу для лазернага ядзернага сінтэзу ў будучыні, што прыцягнула ўвагу людзей. У наладжвальных лазерных крышталях ёсць хром-ітэрбій-гольмій-ітрый-алюмініевы галіевы гранат (Cr, Yb, Ho: YAGG) з даўжынямі хваль ад 2,84 да 3,05 мкм, якія бесперапынна рэгулююцца паміж m. Згодна са статыстыкай, большасць інфрачырвоных боегаловак, якія выкарыстоўваюцца ў ракетах ва ўсім свеце, выкарыстоўваюць 3-5 мкм. Такім чынам, распрацоўка лазераў Cr, Yb, Ho: YSGG можа забяспечыць эфектыўныя перашкоды для контрмер зброі з навядзеннем у сярэднім інфрачырвоным дыяпазоне і мае важнае ваеннае значэнне. Кітай дасягнуў шэрагу інавацыйных вынікаў з міжнародным перадавым узроўнем у галіне лазерных крышталяў, легаваных ітэрбіем (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP і г.д.), вырашаючы ключавыя тэхналогіі, такія як вырошчванне крышталяў і лазерны хуткі, імпульсны, бесперапынны і рэгуляваны выхад. Вынікі даследаванняў былі выкарыстаны ў нацыянальнай абароне, прамысловасці і навуковай тэхніцы, а вырабы з крышталяў, дапаваных ітэрбіем, экспартаваліся ў розныя краіны і рэгіёны, такія як ЗША і Японія.

Яшчэ адной асноўнай катэгорыяй ітэрбіевых лазерных матэрыялаў з'яўляецца лазернае шкло. Былі распрацаваны розныя лазерныя шкла з высокім перасекам выпраменьвання, у тым ліку тэлурыт германія, ніябат крэмнія, борат і фасфат. Дзякуючы лёгкасці фармавання шкла, яго можна вырабляць у вялікія памеры і мае такія характарыстыкі, як высокая прапускальнасць святла і высокая аднастайнасць, што робіць магчымым вырабляць лазеры высокай магутнасці. Раней вядомае рэдказямельнае лазернае шкло ў асноўным складалася з неадымавага шкла, якое мае больш чым 40-гадовую гісторыю распрацоўкі і адпрацаваную тэхналогію вытворчасці і прымянення. Ён заўсёды быў пераважным матэрыялам для лазерных прылад высокай магутнасці і выкарыстоўваўся ў эксперыментальных прыладах ядзернага сінтэзу і лазернай зброі. Высокамагутныя лазерныя прылады, створаныя ў Кітаі, якія складаюцца з лазернага неадымавага шкла ў якасці асноўнага лазернага асяроддзя, дасягнулі сусветнага высокага ўзроўню. Але лазернае неадымавае шкло цяпер сутыкаецца з магутнай праблемай з боку лазернага ітэрбіевага шкла.

У апошнія гады вялікая колькасць даследаванняў паказала, што многія ўласцівасці лазернага ітэрбіевага шкла перавышаюць уласцівасці неадымавага шкла. З-за таго, што люмінесцэнцыя, легаваная ітэрбіем, мае толькі два энергетычныя ўзроўні, эфектыўнасць назапашвання энергіі высокая. Пры аднолькавым узмацненні ітэрбіевае шкло мае эфектыўнасць назапашвання энергіі ў 16 разоў вышэйшую, чым неадымавае, і працягласць жыцця флуарэсцэнцыі ў 3 разы большую, чым у неадымавага шкла. Ён таксама мае такія перавагі, як высокая канцэнтрацыя допінгу, шырыня паласы паглынання і можа непасрэдна напампоўвацца паўправаднікамі, што робіць яго вельмі прыдатным для лазераў вялікай магутнасці. Тым не менш, практычнае прымяненне ітэрбіевага лазернага шкла часта абапіраецца на дапамогу неадыму, напрыклад, выкарыстанне Nd3+ у якасці сенсібілізатара, каб прымусіць ітэрбіевае лазернае шкло працаваць пры пакаёвай тэмпературы, а μ Лазернае выпраменьванне дасягаецца на даўжыні хвалі м. Такім чынам, ітэрбій і неадым з'яўляюцца як канкурэнтамі, так і партнёрамі па супрацоўніцтве ў галіне лазернага шкла.

Рэгулюючы склад шкла, можна палепшыць многія люмінесцэнтныя ўласцівасці шкла ітэрбіевага лазера. З развіццём магутных лазераў як асноўнага напрамку, лазеры з ітэрбіевага лазернага шкла ўсё больш шырока выкарыстоўваюцца ў сучаснай прамысловасці, сельскай гаспадарцы, медыцыне, навуковых даследаваннях і ваенных прымяненнях.

Ваеннае выкарыстанне: выкарыстанне энергіі, атрыманай у выніку ядзернага сінтэзу, у якасці энергіі заўсёды было чаканай мэтай, і дасягненне кіраванага ядзернага сінтэзу стане для чалавецтва важным сродкам вырашэння энергетычных праблем. Лазернае шкло, легаванае ітэрбіем, становіцца пераважным матэрыялам для дасягнення мадэрнізацыі тэрмаядзернага сінтэзу з інэрцыйным абмежаваннем (ICF) у 21 стагоддзі дзякуючы сваім выдатным лазерным характарыстыкам.

Лазерная зброя выкарыстоўвае велізарную энергію лазернага прамяня для ўдару і знішчэння мэтаў, ствараючы тэмпературу ў мільярды градусаў Цэльсія і непасрэдна атакуючы з хуткасцю святла. Іх можна назваць Nadana і яны валодаюць вялікай смяротнасцю, асабліва падыходзяць для сучасных сістэм супрацьпаветранай абароны ў ваенных дзеяннях. Выдатныя характарыстыкі лазернага шкла, легаванага ітэрбіем, зрабілі яго важным базавым матэрыялам для вытворчасці магутнай і высокапрадукцыйнай лазернай зброі.

Валаконны лазер - гэта хутка развіваецца новая тэхналогія, якая таксама адносіцца да вобласці прымянення лазернага шкла. Валаконны лазер - гэта лазер, які выкарыстоўвае валакно ў якасці лазернага асяроддзя, якое з'яўляецца прадуктам спалучэння валаконна-лазернай тэхналогіі. Гэта новая лазерная тэхналогія, распрацаваная на аснове тэхналогіі валаконнага ўзмацняльніка, легаванага эрбіем (EDFA). Валаконны лазер складаецца з паўправадніковага лазернага дыёда ў якасці крыніцы накачкі, валаконна-аптычнага хвалявода і асяроддзя ўзмацнення, а таксама аптычных кампанентаў, такіх як валакна-рашоткі і муфты. Ён не патрабуе механічнай рэгулявання аптычнага шляху, а механізм кампактны і просты ў інтэграцыі. У параўнанні з традыцыйнымі цвёрдацельнымі лазерамі і паўправадніковымі лазерамі, ён мае тэхналагічныя і прадукцыйныя перавагі, такія як высокая якасць прамяня, добрая стабільнасць, моцная ўстойлівасць да ўздзеяння навакольнага асяроддзя, адсутнасць рэгулявання, абслугоўвання і кампактная структура. З-за таго, што легаваныя іёны ў асноўным складаюцца з іёнаў Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, усе з якіх выкарыстоўваюць рэдказямельныя валакна ў якасці ўзмацняльнага асяроддзя, валаконны лазер, распрацаваны кампаніяй, таксама можа можна назваць рэдказямельным валаконным лазерам.

Прымяненне лазера: за апошнія гады высокамагутны валаконны лазер з падвойным плакаваннем ітэрбіем стаў папулярным полем у галіне цвёрдацельных лазерных тэхналогій на міжнародным узроўні. Ён мае такія перавагі, як добрая якасць пучка, кампактная структура і высокая эфектыўнасць пераўтварэння, і мае шырокія перспектывы прымянення ў прамысловай апрацоўцы і іншых галінах. Валакна з падвойнай ашалёўкай, легаваныя ітэрбіем, падыходзяць для накачкі паўправадніковым лазерам з высокай эфектыўнасцю сувязі і высокай выхадной магутнасцю лазера і з'яўляюцца асноўным напрамкам развіцця валокнаў, легаваных ітэрбіем. Кітайская тэхналогія валакна з падвойным плакаваннем ітэрбіем больш не адпавядае высокаму ўзроўню замежных краін. Распрацаванае ў Кітаі валакно з ітэрбіем, легіраванае ітэрбіем з падвойнай ашалёўкай і валакно з сумесным легіраваннем эрбіем ітэрбіем дасягнула высокага ўзроўню аналагічных замежных прадуктаў з пункту гледжання прадукцыйнасці і надзейнасці, мае перавагі ў кошце і мае асноўныя запатэнтаваныя тэхналогіі для некалькіх прадуктаў і метадаў .

Сусветна вядомая нямецкая лазерная кампанія IPG нядаўна абвясціла, што іх нядаўна запушчаная валаконна-лазерная сістэма з легіраваным ітэрбіем мае выдатныя характарыстыкі прамяня, тэрмін службы помпы больш за 50000 гадзін, цэнтральную даўжыню хвалі выпраменьвання 1070-1080 нм і выхадную магутнасць да 20 кВт. Ён быў ужыты для тонкай зваркі, рэзкі і свідравання горных парод.

Лазерныя матэрыялы з'яўляюцца ядром і асновай для развіцця лазерных тэхналогій. У лазернай індустрыі заўсёды існавала прымаўка: «адно пакаленне матэрыялаў, адно пакаленне прылад». Каб распрацаваць прасунутыя і практычныя лазерныя прылады, неабходна спачатку валодаць высокапрадукцыйнымі лазернымі матэрыяламі і інтэграваць іншыя адпаведныя тэхналогіі. Легаваныя ітэрбіем лазерныя крышталі і лазернае шкло, як новая сіла цвёрдых лазерных матэрыялаў, спрыяюць інавацыйнаму развіццю валаконна-аптычнай сувязі і лазерных тэхналогій, асабліва ў перадавых лазерных тэхналогіях, такіх як магутныя лазеры ядзернага сінтэзу, высокаэнергічныя біт пліткавыя лазеры і лазеры для зброі высокай энергіі.

Акрамя таго, ітэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара флуарэсцэнтнага парашка, радыёкерамікі, дадаткаў для кампанентаў памяці электронных кампутараў (магнітныя бурбалкі) і дадаткаў да аптычнага шкла. Варта адзначыць, што ітрый і ітрый з'яўляюцца рэдказямельнымі элементамі. Хаця ў ангельскіх назвах і сімвалах элементаў ёсць значныя адрозненні, кітайскі фанетычны алфавіт мае аднолькавыя склады. У некаторых кітайскіх перакладах ітрый часам памылкова называюць ітрыем. У гэтым выпадку нам трэба прасачыць зыходны тэкст і аб'яднаць сімвалы элементаў для пацверджання.