Ітэрбій: атамны нумар 70, атамная маса 173,04, назва элемента паходзіць ад месца яго адкрыцця. Змест ітэрбію ў зямной кары складае 0,000266%, у асноўным прысутнічае ў фасфарытах і радовішчах чорнага рэдкага золата. Змест у манацыце складае 0,03%, і існуе 7 прыродных ізатопаў.
Адкрыта
Ад: Марынак
Час: 1878 г.
Месцазнаходжанне: Швейцарыя
У 1878 годзе швейцарскія хімікі Жан Шарль і Ж. Марыньяк адкрылі новы рэдказямельны элемент — эрбій. У 1907 годзе Ульбан і Вайльс адзначылі, што Марыньяк аддзяліў сумесь аксіду лютэцыю і аксіду ітэрбію. У памяць пра невялікую вёску Ітэрбі каля Стакгольма, дзе была адкрыта ітрыевая руда, гэты новы элемент быў названы ітэрбіем з сімвалам Yb.
Электронная канфігурацыя
Электронная канфігурацыя
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Метал
Металічны ітэрбій мае серабрыста-шэры колер, пластычны і мяккую тэкстуру. Пры пакаёвай тэмпературы ітэрбій можа павольна акісляцца паветрам і вадой.
Існуюць дзве крышталічныя структуры: α-тып — гранецэнтраваная кубічная крышталічная сістэма (пакаёвая тэмпература -798 ℃); β-тып — аб'ёмнацэнтраваная кубічная рашотка (вышэй за 798 ℃). Тэмпература плаўлення 824 ℃, тэмпература кіпення 1427 ℃, адносная шчыльнасць 6,977 (α-тып), 6,54 (β-тып).
Нерастваральны ў халоднай вадзе, раствараецца ў кіслотах і вадкім аміяку. Даволі ўстойлівы на паветры. Падобна самарыю і еўропію, ітэрбій належыць да рэдказямельных элементаў са зменнай валентнасцю і можа знаходзіцца ў станоўчым двухвалентным стане, акрамя таго, што звычайна трохвалентны.
З-за гэтай зменнай валентнай характарыстыкі атрыманне металічнага ітэрбія павінна праводзіцца не электралізам, а метадам аднаўленчай дыстыляцыі для атрымання і ачысткі. Звычайна ў якасці аднаўляльніка для аднаўленчай дыстыляцыі выкарыстоўваецца металічны лантан, выкарыстоўваючы розніцу паміж высокім ціскам пары металічнага ітэрбія і нізкім ціскам пары металічнага лантана. Акрамя таго,тулій, ітэрбійілютэцыйканцэнтраты могуць выкарыстоўвацца ў якасці сыравіны, іметалічны лантанможа выкарыстоўвацца ў якасці аднаўляльніка. Пры высокай тэмпературы і вакууме >1100 ℃ і <0,133 Па металічны ітэрбій можна непасрэдна здабываць шляхам аднаўленчай дыстыляцыі. Падобна самарыю і еўропію, ітэрбій таксама можна аддзяляць і ачышчаць шляхам вільготнага аднаўлення. Звычайна ў якасці сыравіны выкарыстоўваюцца канцэнтраты тулія, ітэрбію і лютэцыю. Пасля растварэння ітэрбій аднаўляецца да двухвалентнага стану, што прыводзіць да значных адрозненняў ва ўласцівасцях, а затым аддзяляецца ад іншых трохвалентных рэдказямельных элементаў. Атрыманне высокачыстыхаксід ітэрбіюзвычайна праводзяць экстракцыйнай храматаграфіяй або метадам іённага абмену.
Прыкладанне
Выкарыстоўваецца для вырабу спецыяльных сплаваў. Сплавы ітэрбію ўжываюцца 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 валакон на вялікія адлегласці прад'яўляюць усё больш высокія патрабаванні да прадукцыйнасці матэрыялаў аптычных валакон, якія выкарыстоўваюцца ў аптычнай сувязі. Іоны ітэрбію, дзякуючы сваім выдатным спектральным уласцівасцям, могуць выкарыстоўвацца ў якасці матэрыялаў для ўзмацнення валакон для аптычнай сувязі, гэтак жа, як эрбій і тулій. Нягледзячы на тое, што рэдказямельны элемент эрбій па-ранейшаму з'яўляецца асноўным кампанентам у вытворчасці валаконных узмацняльнікаў, традыцыйныя кварцавыя валокны, легаваныя эрбіем, маюць малую паласу паглынання (30 нм), што ўскладняе задавальненне патрабаванняў хуткаснай і магутнай перадачы інфармацыі. Іоны Yb3+ маюць значна большы сячэнне паглынання, чым іоны Er3+, каля 980 нм. Дзякуючы эфекту сенсібілізацыі Yb3+ і перадачы энергіі эрбія і ітэрбія, можна значна ўзмацніць святло з даўжынёй хвалі 1530 нм, тым самым значна палепшыўшы эфектыўнасць узмацнення святла.
У апошнія гады даследчыкі ўсё часцей аддаюць перавагу фасфатнаму шклу, легаванаму эрбіем і ітэрбіем. Фасфатныя і фторфасфатныя шклы валодаюць добрай хімічнай і тэрмічнай стабільнасцю, а таксама шырокім каэфіцыентам прапускання інфрачырвонага выпраменьвання і вялікімі характарыстыкамі неаднароднага пашырэння, што робіць іх ідэальнымі матэрыяламі для шырокапалоснага і высокакаэфіцыентнага ўзмацнення валаконнага шкла, легаванага эрбіем. Валакновыя ўзмацняльнікі, легаваныя Yb3+, могуць дасягаць узмацнення магутнасці і ўзмацнення малога сігналу, што робіць іх прыдатнымі для такіх абласцей, як валаконна-аптычныя датчыкі, лазерная сувязь у вольнай прасторы і ўзмацненне звышкароткіх імпульсаў. У цяперашні час Кітай пабудаваў найбуйнейшую ў свеце аднаканальную аптычную перадачу з максімальнай ёмістасцю і хуткасцю, а таксама мае найшырэйшую ў свеце інфармацыйную магістраль. Валакновыя ўзмацняльнікі і лазерныя матэрыялы, легаваныя ітэрбіем і іншымі рэдказямельнымі элементамі, адыгрываюць у іх вырашальную і значную ролю.
Спектральныя характарыстыкі ітэрбію таксама выкарыстоўваюцца ў якасці высакаякасных лазерных матэрыялаў, як у выглядзе лазерных крышталяў, лазернага шкла, так і ў выглядзе валаконных лазераў. Як магутны лазерны матэрыял, крышталі лазераў, легіраваныя ітэрбіем, утварылі велізарную серыю, у тым ліку легаваны ітэрбіем алюмініевы гранат ітрыю (Yb:YAG), легаваны ітэрбіем гадаліній-галій гранат (Yb:GGG), легаваны ітэрбіем фторфасфат кальцыю (Yb:FAP), легаваны ітэрбіем фторфасфат стронцыю (Yb:S-FAP), легаваны ітэрбіем ванадат ітрыю (Yb:YV04), легаваны ітэрбіем борат і сілікат. Паўправадніковы лазер (LD) - гэта новы тып крыніцы накачкі для цвёрдацельных лазераў. Yb:YAG мае шмат характарыстык, прыдатных для магутнай накачкі LD, і стаў лазерным матэрыялам для магутнай накачкі LD. Крышталь Yb:S-FAP можа быць выкарыстаны ў будучыні ў якасці лазернага матэрыялу для лазернага ядзернага сінтэзу, што прыцягнула ўвагу людзей. У настройваемых лазерных крышталях ёсць хром-ітэрбій-гольмій-ітрый-алюміній-галій-гранат (Cr, Yb, Ho:YAGG) з даўжынямі хваль ад 2,84 да 3,05 мкм, якія можна плаўна рэгуляваць у межах м. Паводле статыстыкі, большасць інфрачырвоных баявых галовак, якія выкарыстоўваюцца ў ракетах па ўсім свеце, выкарыстоўваюць 3-5 мкм. Такім чынам, распрацоўка лазераў Cr, Yb, Ho:YSGG можа забяспечыць эфектыўнае перашкоджанне для контрмер зброі з навядзеннем у сярэднім інфрачырвоным дыяпазоне і мае важнае ваеннае значэнне. Кітай дасягнуў шэрагу інавацыйных вынікаў на міжнародным узроўні ў галіне лазерных крышталяў, легаваных ітэрбіем (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP і г.д.), вырашаючы такія ключавыя тэхналогіі, як рост крышталяў і лазерная хуткая, імпульсная, бесперапынная і рэгуляваная выходная магутнасць. Вынікі даследаванняў былі ўжытыя ў нацыянальнай абароне, прамысловасці і навуковай тэхніцы, а вырабы з крышталяў, легаваных ітэрбіем, экспартаваліся ў многія краіны і рэгіёны, такія як ЗША і Японія.
Яшчэ адной важнай катэгорыяй матэрыялаў для ітэрбіевых лазераў з'яўляецца лазернае шкло. Былі распрацаваны розныя лазерныя шклы з высокім папярочным сячэннем, у тым ліку тэлурыт германію, ніабат крэмнію, борат і фасфат. Дзякуючы лёгкасці фармавання шкла, яго можна вырабляць у вялікіх памерах, і яно мае такія характарыстыкі, як высокая прапускальнасць святла і высокая аднастайнасць, што дазваляе вырабляць магутныя лазеры. Звыклае лазернае шкло для рэдказямельных элементаў раней у асноўным было неадымавым шклом, гісторыя распрацоўкі якога налічвае больш за 40 гадоў, а таксама мае развітую тэхналогію вытворчасці і прымянення. Яно заўсёды было пераважным матэрыялам для магутных лазерных прылад і выкарыстоўвалася ў эксперыментальных прыладах для ядзернага сінтэзу і лазернай зброі. Магутныя лазерныя прылады, вырабленыя ў Кітаі, якія складаюцца з лазернага неадымавага шкла ў якасці асноўнага лазернага асяроддзя, дасягнулі сусветнага перадавога ўзроўню. Але лазернае неадымавае шкло цяпер сутыкаецца з сур'ёзнай праблемай з боку лазернага ітэрбіевага шкла.
У апошнія гады вялікая колькасць даследаванняў паказала, што многія ўласцівасці лазернага ітэрбіевага шкла пераўзыходзяць уласцівасці неадымавага шкла. З-за таго, што люмінесцэнцыя, легаваная ітэрбіем, мае толькі два энергетычныя ўзроўні, эфектыўнасць назапашвання энергіі высокая. Пры тым жа ўзмацненні эфектыўнасць назапашвання энергіі ітэрбіевае шкло ў 16 разоў вышэйшая, чым у неадымавага шкла, і час жыцця флуарэсцэнцыі ў 3 разы большы, чым у неадымавага шкла. Яно таксама мае такія перавагі, як высокая канцэнтрацыя легіравання, паласа паглынання і магчымасць непасрэднай накачкі паўправаднікамі, што робіць яго вельмі прыдатным для магутных лазераў. Аднак практычнае прымяненне ітэрбіевага лазернага шкла часта абапіраецца на дапамогу неадыму, напрыклад, выкарыстанне Nd3+ у якасці сенсібілізатара для працы ітэрбіевага лазернага шкла пры пакаёвай тэмпературы, а выпраменьванне μ-лазера дасягаецца на даўжыні хвалі m. Такім чынам, ітэрбій і неадым з'яўляюцца як канкурэнтамі, так і партнёрамі па супрацоўніцтве ў галіне лазернага шкла.
Змяняючы склад шкла, можна палепшыць многія люмінесцэнтныя ўласцівасці ітэрбіевага лазернага шкла. З развіццём магутных лазераў як асноўнага кірунку, лазеры, вырабленыя з ітэрбіевага лазернага шкла, усё часцей выкарыстоўваюцца ў сучаснай прамысловасці, сельскай гаспадарцы, медыцыне, навуковых даследаваннях і ваенных прымяненнях.
Ваеннае выкарыстанне: выкарыстанне энергіі, якая выпрацоўваецца ў выніку ядзернага сінтэзу, у якасці энергіі заўсёды было чаканай мэтай, і дасягненне кантраляванага ядзернага сінтэзу стане важным сродкам для чалавецтва вырашэння энергетычных праблем. Лазернае шкло, легаванае ітэрбіем, становіцца пераважным матэрыялам для дасягнення мадэрнізацыі інерцыйна-абмежаванага сінтэзу (ICF) у 21 стагоддзі дзякуючы сваім выдатным лазерным характарыстыкам.
Лазерная зброя выкарыстоўвае велізарную энергію лазернага прамяня для паражэння і знішчэння цэляў, ствараючы тэмпературу ў мільярды градусаў Цэльсія і непасрэдна атакуючы з хуткасцю святла. Іх можна назваць «Надана», яны валодаюць высокай смяротнай здольнасцю, асабліва падыходзяць для сучасных сістэм супрацьпаветранай абароны ў баявых дзеяннях. Выдатныя характарыстыкі лазернага шкла, легаванага ітэрбіем, зрабілі яго важным базавым матэрыялам для вырабу магутнай і высокапрадукцыйнай лазернай зброі.
Валакновы лазер — гэта хутка развіваючаяся новая тэхналогія, якая таксама належыць да вобласці прымянення лазернага шкла. Валакновы лазер — гэта лазер, які выкарыстоўвае валакно ў якасці лазернага асяроддзя, які з'яўляецца прадуктам спалучэння валаконнай і лазернай тэхналогій. Гэта новая лазерная тэхналогія, распрацаваная на аснове тэхналогіі валаконнага ўзмацняльніка, легаванага эрбіем (EDFA). Валакновы лазер складаецца з паўправадніковага лазернага дыёда ў якасці крыніцы накачкі, валаконна-аптычнага хвалявода і ўзмацняльнага асяроддзя, а таксама аптычных кампанентаў, такіх як рашоткі і злучальныя элементы. 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, высокая ўстойлівасць да перашкод навакольнага асяроддзя, адсутнасць рэгулявання, адсутнасць абслугоўвання і кампактная канструкцыя. З-за таго, што легаваныя іоны ў асноўным Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, усе з якіх выкарыстоўваюць рэдказямельныя валокны ў якасці ўзмацняльнага асяроддзя, валаконны лазер, распрацаваны кампаніяй, таксама можна назваць рэдказямельным валаконным лазерам.
Ужыванне лазера: Высокамагутны падвойна абалонены валаконны лазер, легаваны ітэрбіем, у апошнія гады стаў папулярным напрамкам у тэхналогіі цвёрдацельных лазераў на міжнародным узроўні. Ён мае перавагі добрай якасці прамяня, кампактнай структуры і высокай эфектыўнасці пераўтварэння, а таксама мае шырокія перспектывы прымянення ў прамысловай апрацоўцы і іншых галінах. Падвойна абалоненыя валакна, легаваныя ітэрбіем, падыходзяць для накачкі паўправадніковых лазераў, маюць высокую эфектыўнасць сувязі і высокую выходную магутнасць лазера і з'яўляюцца асноўным напрамкам развіцця валокнаў, легаваных ітэрбіем. Кітайская тэхналогія падвойна абалоненых ітэрбіевых валокнаў больш не адпавядае перадавому ўзроўню замежных краін. Валакно, легаванае ітэрбіем, падвойна абалоненае ітэрбіевае валакно і сумесна легаванае эрбіем і ітэрбіем, распрацаваныя ў Кітаі, дасягнулі перадавога ўзроўню падобных замежных прадуктаў з пункту гледжання прадукцыйнасці і надзейнасці, маюць перавагі ў кошце і маюць асноўныя запатэнтаваныя тэхналогіі для розных прадуктаў і метадаў.
Сусветна вядомая нямецкая кампанія па вытворчасці лазераў IPG нядаўна абвясціла, што іх новая валаконная лазерная сістэма, легаваная ітэрбіем, мае выдатныя характарыстыкі прамяня, тэрмін службы накачкі больш за 50 000 гадзін, цэнтральную даўжыню хвалі выпраменьвання 1070–1080 нм і выходную магутнасць да 20 кВт. Яна ўжываецца для тонкай зваркі, рэзання і свідравання горных парод.
Лазерныя матэрыялы з'яўляюцца асновай і падмуркам развіцця лазерных тэхналогій. У лазернай прамысловасці заўсёды існавала прымаўка: «адно пакаленне матэрыялаў — адно пакаленне прылад». Для распрацоўкі перадавых і практычных лазерных прылад неабходна спачатку валодаць высокапрадукцыйнымі лазернымі матэрыяламі і інтэграваць іншыя адпаведныя тэхналогіі. Крышталі і лазернае шкло, легаваныя ітэрбіем, як новая сіла цвёрдых лазерных матэрыялаў, спрыяюць інавацыйнаму развіццю валаконна-аптычнай сувязі і лазерных тэхналогій, асабліва ў перадавых лазерных тэхналогіях, такіх як магутныя ядзерныя сінтэзныя лазеры, высокаэнергетычныя лазеры на біючых плітках і высокаэнергетычныя зброевыя лазеры.
Акрамя таго, ітэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара флуарэсцэнтнага парашка, радыёкерамікі, дабавак для кампанентаў памяці электронных камп'ютараў (магнітных бурбалак) і дабавак для аптычнага шкла. Варта адзначыць, што ітрый і ітрый з'яўляюцца рэдказямельнымі элементамі. Нягледзячы на значныя адрозненні ў англійскіх назвах і сімвалах элементаў, кітайскі фанетычны алфавіт мае аднолькавыя склады. У некаторых кітайскіх перакладах ітрый часам памылкова называюць ітрыем. У гэтым выпадку нам трэба прасачыць арыгінальны тэкст і аб'яднаць сімвалы элементаў для пацверджання.
Час публікацыі: 30 жніўня 2023 г.