אלמנט אדמה נדיר קסום: ytterbium

Ytterbium: מספר אטומי 70, משקל אטומי 173.04, שם אלמנט הנגזר ממיקומו הגילוי. התוכן של ytterbium בקרום הוא 0.000266%, בעיקר בזרחן ובמרבצי זהב נדירים שחורים. התוכן במונזיט הוא 0.03%ויש 7 איזוטופים טבעיים

התגלה

מאת: מרינאק

זמן: 1878

מיקום: שוויץ

בשנת 1878 גילו הכימאים השוויצריים ז'אן צ'ארלס וג 'מריגנאק אלמנט אדמה נדיר חדש ב"ארביום ". בשנת 1907 ציינו אולבן וויילס כי מריגנאק הפריד בין תערובת של תחמוצת לוטטיום ותחמוצת ytterbium. לזכר הכפר הקטן בשם yteerby ליד שטוקהולם, שם התגלה עפרות yttrium, אלמנט חדש זה נקרא ytterbium עם הסמל YB.

תצורת אלקטרונים

תצורת אלקטרונים
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

מַתֶכֶת

Ytterbium מתכתי הוא אפור כסף, רקיע, ובעל מרקם רך. בטמפרטורת החדר ניתן לחמצן את ytterbium לאט באמצעות אוויר ומים.

ישנם שני מבני קריסטל: α- הסוג הוא מערכת גבישים מעוקבת בפנים (טמפרטורת החדר -798 ℃); β- הסוג הוא סריג מעוקב (מעל 798 ℃). נקודת התכה 824 ℃, נקודת הרתיחה 1427 ℃, צפיפות יחסית 6.977 （סוג α-), 6.54 （סוג β- סוג).

בלתי מסיס במים קרים, מסיסים בחומצות ואמוניה נוזלית. זה די יציב באוויר. בדומה לסמריום ואירופה, ytterbium שייך לכדור הארץ הנדיר של הערכיות המשתנה, ויכול להיות גם במצב דיו -ערכי חיובי בנוסף להיותו בדרך כלל.

בשל מאפיין ערכי משתנה זה, אין לבצע את ההכנה של ytterbium מתכתי על ידי אלקטרוליזה, אלא על ידי הפחתת שיטת הזיקוק להכנה וטיהור. בדרך כלל, מתכת Lanthanum משמשת כחומר צמצום להפחתת זיקוק, תוך שימוש בהבדל בין לחץ האדים הגבוה של מתכת ytterbium לבין לחץ האדים הנמוך של מתכת לנטנום. לְחִלוּפִין,Thulium, ytterbium, ולוטטיוםתרכיזים יכולים לשמש כחומרי גלם, וLanthanum מתכתיכול לשמש כחומר צמצום. בתנאי ואקום בטמפרטורה גבוהה של> 1100 ℃ ו- <0.133PA, ניתן לחלץ ישירות את ytterbium מתכת על ידי זיקוק הפחתה. בדומה לסמריום ואירופה, ניתן להפריד את ytterbium ולטהר באמצעות הפחתה רטובה. בדרך כלל, תרכיז תוליום, ytterbium ו- lutetium משמשים כחומרי גלם. לאחר פירוק, ytterbium מצטמצם למצב דו -ערכי, וגורם להבדלים משמעותיים בתכונות ואז נפרד מאדמות נדירות אחרות. ייצור טוהר גבוהתחמוצת ytterbiumבדרך כלל מתבצע על ידי כרומטוגרפיה מיצוי או שיטת חילופי יונים。

בַּקָשָׁה

משמש לייצור סגסוגות מיוחדות. סגסוגות ytterbium יושמו ברפואת שיניים לצורך ניסויים מתכתיים וכימיים.

בשנים האחרונות, ytterbium צץ והתפתח במהירות בתחומי תקשורת סיבים אופטיים וטכנולוגיית לייזר.

עם בניית ופיתוח של "כביש המידע", לרשתות מחשבים ומערכות העברת סיבים אופטיים למרחקים ארוכים יש דרישות גבוהות יותר ויותר לביצועים של חומרי סיבים אופטיים המשמשים בתקשורת אופטית. יוני ytterbium, בשל תכונות הספקטרליות המצוינות שלהם, יכולים לשמש כחומרי הגברה של סיבים לתקשורת אופטית, ממש כמו ארביום ותוליום. למרות שאלמנט אדמה נדיר ארביום הוא עדיין השחקן העיקרי בהכנת מגברי סיבים, סיבי קוורץ מסוממים ארביום מסומנים הם בעלי רוחב פס קטן (30 ננומטר), מה שמקשה על העמידה בדרישות העברת מידע במהירות גבוהה ובקיבולת גבוהה. ליוני YB3+יש חתך ספיגה גדול בהרבה מאשר יוני ER3+סביב 980 ננומטר. באמצעות השפעת הרגישות של YB3+והעברת האנרגיה של ארביום ו- ytterbium, ניתן לשפר מאוד את אור 1530 ננומטר, ובכך לשפר מאוד את יעילות ההגברה של האור.

בשנים האחרונות, ארביום ytterbium co סופג זכוכית פוספט הועדף יותר ויותר על ידי חוקרים. כוסות פוספט ופלואורופוספט בעלות יציבות כימית ותרמית טובה, כמו גם העברת אינפרא אדום רחבה ומאפייני הרחבה גדולים שאינם אחידים, מה שהופך אותם לחומרים אידיאליים עבור זכוכית סיבי הגברה מסוממת על ידי ארביום. מגברי סיבים מסוממים של YB3+יכולים להשיג הגברה של כוח והגברת אות קטן, מה שהופך אותם למתאימים לשדות כמו חיישני סיבים אופטיים, תקשורת לייזר מרחב פנוי והגברה של דופק קצר במיוחד. סין בנתה כיום את קיבולת הערוץ היחיד הגדול בעולם ואת מערכת ההעברה האופטית המהירה ביותר במהירות, ויש לה את כביש המידע הרחב ביותר בעולם. Ytterbium מסומם ומגברי סיבים מסוממים אדמה נדירים אחרים וחומרי לייזר ממלאים בהם תפקיד מכריע ומשמעותי.

המאפיינים הספקטרליים של ytterbium משמשים גם כחומרי לייזר באיכות גבוהה, הן כגבישי לייזר, משקפי לייזר ולייזרי סיבים. כחומר לייזר בעל עוצמה גבוהה, גבישי לייזר מסוממים ytterbium מסוממים יצרו סדרה ענקית, כולל ytterbium מסומם yttrium aluminum gannet (YB: YAG), ytterbium מסומם Gadolinium Gallium (YB: Ggg), ytterbium doped calorophopy tarnet (ybop, ybop), ybop topium), yboped fluophation yb), פלואורופוספט (YB: S-FAP), ytterbium מסומם yttrium vanadate (YB: YV04), ytterbium מסומם Borate ו- Silicate. לייזר מוליכים למחצה (LD) הוא סוג חדש של מקור משאבה עבור לייזרים במצב מוצק. YB: ל- YAG מאפיינים רבים המתאימים לשאיבת LD בעלת עוצמה גבוהה והפך לחומר לייזר לשאיבת LD בעלת עוצמה גבוהה. YB: קריסטל S-FAP עשוי לשמש כחומר לייזר לאיחוי גרעיני בלייזר בעתיד, מה שמשך את תשומת ליבם של אנשים. בגבישי לייזר הניתנים לכוונון, יש כרום ytterbium holmium yttrium aluminum gallium garnet (Cr, YB, Ho: Yagg) עם אורכי גל שנעים בין 2.84 ל- 3.05 מיקרו מתכוונן ברציפות בין m. על פי נתונים סטטיסטיים, מרבית ראשי נפץ האינפרא אדום המשמשים בטילים ברחבי העולם משתמשים ב 3-5 מיקרומטר לפיכך, פיתוח CR, YB, HO: לייזרי YSGG יכולים לספק הפרעות אפקטיביות לאמצעי הנשק המודרכים של אמצע האינפרא אדום, ויש להם משמעות צבאית חשובה. סין השיגה סדרה של תוצאות חדשניות עם רמה מתקדמת בינלאומית בתחום גבישי לייזר מסוממים של ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP וכו '), פתרון טכנולוגיות מפתח כמו צמיחת גבישים ותפוקה מהירה, דופק, רציף ומתכוונן. תוצאות המחקר יושמו בהגנה לאומית, בתעשייה והנדסה מדעית, ומוצרי קריסטל מסוממים של ytterbium ייצאו למספר מדינות ואזורים כמו ארצות הברית ויפן.

קטגוריה עיקרית נוספת של חומרי לייזר ytterbium היא זכוכית לייזר. פותחו משקפי לייזר חתכים גבוהים בפליטה גבוהה, כולל טלוריט גרמניום, ניובאט סיליקון, בורט ופוספט. בשל קלות דפוס הזכוכית, ניתן להפוך אותו לגדלים גדולים ויש לו מאפיינים כמו העברת אור גבוהה ואחידות גבוהה, מה שמאפשר לייצר לייזרים בעלי עוצמה גבוהה. זכוכית הלייזר הנדירה של כדור הארץ הנדירה הייתה בעבר זכוכית ניאודימיום, בעלת היסטוריה של פיתוח של למעלה מארבעים שנה וטכנולוגיית ייצור ויישום בוגרת. זה תמיד היה החומר המועדף על מכשירי לייזר בעלי עוצמה גבוהה ומשמש במכשירים ניסיוניים של היתוך גרעיני ובנשק לייזר. מכשירי הלייזר בעלי הכוח הגבוה שנבנו בסין, המורכבים מזכוכית ניאודימיום לייזר כמדיום הלייזר הראשי, הגיעו לרמה המתקדמת בעולם. אבל זכוכית ניאודימיום לייזר עומדת כעת בפני אתגר רב עוצמה של זכוכית לייזר ytterbium.

בשנים האחרונות מספר גדול של מחקרים הראו כי תכונות רבות של זכוכית ytterbium לייזר עולות על אלה של זכוכית ניאודימיום. בשל העובדה של- ytterbium מסוממים בהירות יש רק שתי רמות אנרגיה, יעילות אחסון האנרגיה גבוהה. באותו רווח, ל- ytterbium זכוכית יש יעילות לאחסון אנרגיה גבוהה פי 16 מזכוכית ניאודימיום, וחיים פלואורסצנטיים פי 3 מזה של זכוכית ניאודימיום. יש לו גם יתרונות כמו ריכוז סמים גבוה, רוחב פס קליטה, וניתן לשאוב אותם ישירות על ידי מוליכים למחצה, מה שהופך אותו למתאים מאוד לייזרים בעלי עוצמה גבוהה. עם זאת, היישום המעשי של זכוכית לייזר ytterbium מסתמך לעתים קרובות על עזרתו של Neodymium, כמו שימוש ב- ND3+כרגישות לייצור זכוכית לייזר ytterbium פועלת בטמפרטורת החדר ופליטת לייזר μ מושגת באורך גל M. אז, ytterbium ו- neodymium הם גם מתחרים וגם שותפים שיתופיים בתחום זכוכית הלייזר.

על ידי התאמת הרכב הזכוכית, ניתן לשפר את התכונות הזוהרות רבות של זכוכית לייזר ytterbium. עם פיתוח לייזרים בעלי עוצמה גבוהה ככיוון העיקרי, לייזרים העשויים מזכוכית לייזר ytterbium נמצאים בשימוש נרחב יותר ויותר בתעשייה המודרנית, בחקלאות, רפואה, מחקר מדעי ויישומים צבאיים.

שימוש צבאי: השימוש באנרגיה שנוצרת על ידי היתוך גרעיני מכיוון שאנרגיה תמיד הייתה מטרה צפויה, והשגת היתוך גרעיני מבוקר יהיה אמצעי חשוב לאנושות לפתור בעיות אנרגיה. זכוכית לייזר מסוממת של ytterbium הופכת לחומר המועדף להשגת שדרוגי היתוך כליאה אינרציאלי (ICF) במאה ה -21 בגלל ביצועי הלייזר המצוינים שלה.

כלי נשק לייזר משתמשים באנרגיה העצומה של קרן לייזר כדי להכות ולהשמיד יעדים, ויוצרים טמפרטורות של מיליארדי מעלות צלזיוס ותוקף ישירות במהירות האור. ניתן לכנות אותם נדנה ולקבל קטלניות רבה, המתאימה במיוחד למערכות נשק מודרניות בהגנה אווירית בלוחמה. הביצועים המצוינים של זכוכית לייזר מסוממת של ytterbium הפכו אותו לחומר בסיסי חשוב לייצור נשק לייזר בעל ביצועים גבוהים וביצועים גבוהים.

לייזר סיבים הוא טכנולוגיה חדשה המתפתחת במהירות והיא שייכת גם לתחום יישומי זכוכית לייזר. לייזר סיבים הוא לייזר המשתמש בסיבים סיבים כמדיום הלייזר, שהוא תוצר של שילוב של טכנולוגיית סיבים וטכנולוגיית לייזר. זוהי טכנולוגיית לייזר חדשה שפותחה על בסיס טכנולוגיית מגבר סיבים מסוממים של ארביום (EDFA). לייזר סיבים מורכב מדיודה לייזר מוליך למחצה כמקור המשאבה, מוליך גל סיבים אופטי ומדיום רווח, ורכיבים אופטיים כמו סיבים ומצמדים סורג. זה לא דורש התאמה מכנית של הנתיב האופטי, והמנגנון קומפקטי וקל לשילוב. בהשוואה לייזרים מסורתיים של מצב מוצק ולייזרים מוליכים למחצה, יש לו יתרונות טכנולוגיים וביצועים כמו איכות קרן גבוהה, יציבות טובה, עמידות חזקה להתערבות סביבתית, ללא התאמה, ללא תחזוקה ומבנה קומפקטי. בשל העובדה כי היונים המסוממים הם בעיקר ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, כולם משתמשים בסיבי אדמה נדירים כמידה רווחית, לייזר הסיבים שפותח על ידי החברה יכול להיקרא גם לייזר סיבי אדמה נדיר.

יישום לייזר: עוצמה גבוהה ytterbium מסוממת מסוממת לייזר סיבים לבושים כפולים הפכה לתחום חם בטכנולוגיית לייזר במצב מוצק בינלאומי בשנים האחרונות. יש לו היתרונות של איכות קרן טובה, מבנה קומפקטי ויעילות המרה גבוהה, ויש לו סיכויי יישום רחבים בעיבוד תעשייתי ותחומים אחרים. סיבים מסוממים כפולים של ytterbium מתאימים לשאיבת לייזר מוליכים למחצה, עם יעילות צימוד גבוהה וכוח תפוקת לייזר גבוה, והם כיוון הפיתוח העיקרי של סיבים מסוממים ytterbium. טכנולוגיית הסיבים המסוממים של יטרביום המסוממים הכפולים של סין, כבר לא נמצאת בשווה לרמה המתקדמת של מדינות זרות. הסיבים המסוממים של ytterbium מסוממים, סיבים מסוממים של ytterbium כפול, וסיבים מסוממים ארביום ytterbium co שפותחו בסין הגיעו לרמה המתקדמת של מוצרים זרים דומים מבחינת ביצועים ואמינות, הם בעלי יתרונות עלות, ויש להם טכנולוגיות פטנט גרעין למוצרים ושיטות מרובות.

חברת לייזר IPG הגרמנית בעולמה העולמית הודיעה לאחרונה כי מערכת לייזר הסיבים המסוממים של ytterbium המסוממים לאחרונה הם בעלי מאפייני קרן מצוינים, חיי משאבה של מעל 50000 שעות, אורך גל פליטה מרכזי של 1070nm-1080nm, וכוח תפוקה של עד 20kW. הוא הוחל בריתוך, חיתוך וקידוח סלע עדין.

חומרי לייזר הם הליבה והבסיס לפיתוח טכנולוגיית לייזר. תמיד הייתה אמירה בתעשיית הלייזר ש"דור אחד של חומרים, דור אחד של מכשירים ". כדי לפתח מכשירי לייזר מתקדמים ומעשיים, יש צורך להחזיק תחילה חומרי לייזר בעלי ביצועים גבוהים ולשלב טכנולוגיות רלוונטיות אחרות. Ytterbium מסוממים גבישי לייזר וזכוכית לייזר, ככוח החדש של חומרי לייזר מוצקים, מקדמים את ההתפתחות החדשנית של תקשורת סיבים אופטית וטכנולוגיית לייזר, במיוחד בטכנולוגיות לייזר מתקדמות כמו לייזרים של איחוי גרעיני גבוה.

בנוסף, ytterbium משמש גם כמפעיל אבקה פלורסנטית, קרמיקה רדיו, תוספים לרכיבי זיכרון מחשב אלקטרוניים (בועות מגנטיות) ותוספי זכוכית אופטית. יש לציין כי yttrium ו- yttrium הם שניהם יסודות אדמה נדירים. למרות שיש הבדלים משמעותיים בשמות אנגלית ובסמלי האלמנטים, לאלף -בית הפונטי הסיני יש אותן הברות. בכמה תרגומים סיניים, לפעמים מכונה yttrium בטעות yttrium. במקרה זה, עלינו להתחקות אחר הטקסט המקורי ולשלב את סמלי האלמנטים כדי לאשר.