Ітербійатомний номер 70, атомна вага 173,04, назва елемента походить від місця його відкриття. Вмістітербійу земній корі становить 0,000266%, переважно присутній у фосфоритах та родовищах чорного рідкого золота, тоді як вміст у монациті становить 0,03%, з 7 природними ізотопами.
Відкриття історії
Відкрито: Марінак
Час: 1878
Розташування: Швейцарія
У 1878 році швейцарські хіміки Жан Шарль та Ж. Маріньяк відкрили новий рідкоземельний елемент – ербій. У 1907 році Ульбан та Вейльс зазначили, що Маріньяк виділив суміш оксиду лютецію та оксиду ітербію. На згадку про невелике село Ітербі поблизу Стокгольма, де було виявлено ітрієву руду, цей новий елемент був названий ітербієм з символом Yb.
Електронна конфігурація
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Метал
Металевий ітербійсріблясто-сірого кольору, пластичний та має м'яку текстуру. За кімнатної температури ітербій може повільно окислюватися повітрям та водою.
Існує дві кристалічні структури: α-тип – гранецентрована кубічна кристалічна система (кімнатна температура -798 ℃); β-тип – об'ємноцентрована кубічна (вище 798 ℃) кристалічна решітка. Температура плавлення 824 ℃, температура кипіння 1427 ℃, відносна густина 6,977 (α-тип), 6,54 (β-тип).
Нерозчинний у холодній воді, розчинний у кислотах та рідкому аміаку. Досить стійкий на повітрі. Подібно до самарію та європію, ітербій належить до рідкісноземельних елементів зі змінною валентністю, а також може перебувати в позитивному двовалентному стані, крім того, що зазвичай є тривалентним.
Через цю змінну валентну характеристику, отримання металевого ітербію не повинно проводитися електролізом, а методом відновної дистиляції для отримання та очищення. Зазвичай,металевий лантанвикористовується як відновник для відновної дистиляції, використовуючи різницю між високим тиском пари металевого ітербію та низьким тиском пари металевого лантану. Альтернативно,тулій, ітербій, талютеційКонцентрати можна використовувати як сировину, а металевий лантан — як відновник. За умов високотемпературного вакууму >1100 ℃ та <0,133 Па металевий ітербій можна безпосередньо екстрагувати відновною дистиляцією. Яксамарійієвропій,Ітербій також можна розділити та очистити за допомогою мокрого відновлення. Зазвичай як сировину використовуються концентрати тулію, ітербію та лютецію. Після розчинення ітербій відновлюють до двовалентного стану, що призводить до значних відмінностей у властивостях, а потім відокремлюють від інших тривалентних рідкісноземельних елементів. Виробництво високочистого оксиду ітербію зазвичай здійснюється екстракційною хроматографією або методом іонного обміну.
Застосування
Використовується для виготовлення спеціальних сплавів.Ітербієві сплавизнайшли застосування в стоматології для металургійних та хімічних експериментів.
В останні роки ітербій з'явився та швидко розвивався в галузях волоконно-оптичного зв'язку та лазерних технологій.
З будівництвом та розвитком «інформаційної магістралі», комп'ютерні мережі та системи передачі оптичних волокон на великі відстані висувають дедалі вищі вимоги до продуктивності оптичних волоконних матеріалів, що використовуються в оптичному зв'язку. Іони ітербію, завдяки своїм чудовим спектральним властивостям, можуть бути використані як матеріали для підсилення волокон для оптичного зв'язку, так само як...ербійітулійХоча рідкоземельний елемент ербій все ще є основним гравцем у виробництві волоконних підсилювачів, традиційні кварцові волокна, леговані ербієм, мають малу смугу пропускання посилення (30 нм), що ускладнює задоволення вимог високошвидкісної та високопродуктивної передачі інформації. Іони Yb3+ мають набагато більший поперечний переріз поглинання, ніж іони Er3+, близько 980 нм. Завдяки ефекту сенсибілізації Yb3+ та передачі енергії ербію та ітербію, світло 1530 нм може бути значно посилене, тим самим значно покращуючи ефективність посилення світла.
В останні роки дослідники все частіше віддають перевагу фосфатному скло, легованому ербієм та ітербієм. Фосфатні та фторфосфатні скло мають добру хімічну та термічну стабільність, а також широкий коефіцієнт пропускання інфрачервоного випромінювання та значні характеристики неоднорідного розширення, що робить їх ідеальними матеріалами для широкосмугового та висококоефіцієнтного підсилення легованого ербієм волоконного скловолокна. Леговані Yb3+ волоконні підсилювачі можуть досягати посилення потужності та малого сигналу, що робить їх придатними для таких галузей, як волоконно-оптичні датчики, лазерний зв'язок у вільному просторі та посилення надкоротких імпульсів. Китай наразі побудував найбільшу у світі одноканальну систему передачі даних з найвищою швидкістю та має найширшу інформаційну магістраль у світі. Леговані ітербієм та іншими рідкісноземельними елементами волоконні підсилювачі та лазерні матеріали відіграють у них вирішальну та значну роль.
Спектральні характеристики ітербію також використовуються як високоякісні лазерні матеріали, як лазерні кристали, лазерне скло та волоконні лазери. Як потужний лазерний матеріал, лазерні кристали, леговані ітербієм, утворили величезну серію, включаючи леговані ітербієм...ітрій алюмінійгранат (Yb: YAG), легований ітербіємгадолінійгалієвий гранат (Yb: GGG), легований ітербієм фторфосфат кальцію (Yb: FAP), легований ітербієм фторфосфат стронцію (Yb: S-FAP), легований ітербієм ванадат ітрію (Yb: YV04), легований ітербієм борат та силікат. Напівпровідниковий лазер (LD) – це новий тип джерела накачування для твердотільних лазерів. Yb:YAG має багато характеристик, придатних для потужного накачування LD, і став лазерним матеріалом для потужного накачування LD. Кристал Yb:S-FAP може бути використаний як лазерний матеріал для лазерного ядерного синтезу в майбутньому, що привернуло увагу людей. У настроюваних лазерних кристалах є хром-ітербій-гольмій-ітрій-алюміній-галієвий гранат (Cr, Yb, Ho: YAGG) з довжинами хвиль від 2,84 до 3,05 мкм. Плавне регулювання між м. Згідно зі статистикою, більшість інфрачервоних боєголовок, що використовуються в ракетах по всьому світу, використовують 3-5 мкм. Тому розробка лазерів на основі Cr, Yb, Ho:YSGG може забезпечити ефективне випромінювання перешкод для протидії зброї з наведенням у середньому інфрачервоному діапазоні та має важливе військове значення. Китай досяг низки інноваційних результатів на передовому міжнародному рівні в галузі лазерних кристалів, легованих ітербієм (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP тощо), вирішуючи ключові питання технологій, такі як вирощування кристалів та швидкий, імпульсний, безперервний та регульований лазерний вихід. Результати досліджень були застосовані в національній обороні, промисловості та науковій інженерії, а продукція з кристалів, легованих ітербієм, експортується до багатьох країн та регіонів, таких як Сполучені Штати та Японія.
Ще однією важливою категорією ітербієвих лазерних матеріалів є лазерне скло. Були розроблені різні лазерні стекла з високим поперечним перерізом випромінювання, включаючи телуриту германію, ніобату кремнію, борату та фосфату. Завдяки легкості формування скла, його можна виготовляти у великих розмірах, і воно має такі характеристики, як високий коефіцієнт пропускання світла та висока однорідність, що дозволяє виробляти потужні лазери. Звичне лазерне скло на основі рідкоземельних елементів раніше в основному використовувалося...неодимскло, яке має понад 40-річну історію розробки та зрілу технологію виробництва та застосування. Воно завжди було кращим матеріалом для потужних лазерних пристроїв і використовувалося в експериментальних пристроях ядерного синтезу та лазерній зброї. Потужні лазерні пристрої, виготовлені в Китаї, що складаються з лазеранеодимСкло як основний лазерний засіб досягло передового світового рівня. Але лазерне неодимове скло тепер стикається з потужним викликом з боку лазерного ітербієвого скла.
В останні роки велика кількість досліджень показала, що багато властивостей лазерного ітербієвого скла перевершують властивості...неодимскло. Через те, що люмінесценція, легована ітербієм, має лише два енергетичні рівні, ефективність накопичення енергії висока. При тому ж коефіцієнті підсилення, ітербієве скло має ефективність накопичення енергії в 16 разів вищу, ніж неодимове скло, та час життя флуоресценції втричі більший, ніж у неодимового скла. Воно також має такі переваги, як висока концентрація легування, смуга пропускання поглинання та можливість безпосереднього накачування напівпровідниками, що робить його дуже придатним для потужних лазерів. Однак практичне застосування ітербієвого лазерного скла часто залежить від допомоги неодиму, наприклад, використання Nd3+ як сенсибілізатора для роботи ітербієвого лазерного скла при кімнатній температурі, а випромінювання μ-лазера досягається на довжині хвилі m. Отже, ітербій та неодим є як конкурентами, так і партнерами у співпраці в галузі лазерного скла.
Шляхом регулювання складу скла можна покращити багато люмінесцентних властивостей ітербієвого лазерного скла. З розвитком потужних лазерів як основного напрямку, лазери, виготовлені з ітербієвого лазерного скла, дедалі ширше використовуються в сучасній промисловості, сільському господарстві, медицині, наукових дослідженнях та військових застосуваннях.
Військове використання: Використання енергії, що генерується в результаті ядерного синтезу, завжди було очікуваною метою, а досягнення контрольованого ядерного синтезу стане важливим засобом для людства у вирішенні енергетичних проблем. Лазерне скло, леговане ітербієм, стає кращим матеріалом для досягнення модернізації інерційно-утримуваного синтезу (ICF) у 21 столітті завдяки своїм чудовим лазерним характеристикам.
Лазерна зброя використовує величезну енергію лазерного променя для ураження та знищення цілей, генеруючи температури в мільярди градусів Цельсія та атакуючи безпосередньо зі швидкістю світла. Її можна назвати Надана, вона має високу летальність, особливо підходить для сучасних систем протиповітряної оборони у бойових діях. Відмінні характеристики лазерного скла, легованого ітербієм, зробили його важливим базовим матеріалом для виробництва потужної та високопродуктивної лазерної зброї.
Волоконний лазер – це нова технологія, що швидко розвивається, і також належить до галузі застосування лазерного скла. Волоконний лазер – це лазер, який використовує волокно як лазерне середовище, що є продуктом поєднання волоконної та лазерної технологій. Це нова лазерна технологія, розроблена на основі технології легованого ербієм волоконного підсилювача (EDFA). Волоконний лазер складається з напівпровідникового лазерного діода як джерела накачування, волоконно-оптичного хвилеводу та середовища посилення, а також оптичних компонентів, таких як ґраткові волокна та з'єднувачі. Він не потребує механічного регулювання оптичного шляху, а механізм є компактним та простим в інтеграції. Порівняно з традиційними твердотільними лазерами та напівпровідниковими лазерами, він має технологічні та експлуатаційні переваги, такі як висока якість променя, хороша стабільність, висока стійкість до впливу навколишнього середовища, відсутність необхідності регулювання, обслуговування та компактна структура. Через те, що леговані іони – це переважно Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, всі з яких використовують рідкоземельні волокна як середовище посилення, волоконний лазер, розроблений компанією, також можна назвати рідкоземельним волоконним лазером.
Застосування лазера: Потужний подвійно плакований волоконний лазер, легований ітербієм, став гарячою галуззю в технології твердотільних лазерів на міжнародному рівні за останні роки. Він має переваги гарної якості променя, компактної структури та високої ефективності перетворення, а також має широкі перспективи застосування в промисловій обробці та інших галузях. Подвійно плаковані волокна, леговані ітербієм, підходять для накачування напівпровідникового лазера, мають високу ефективність зв'язку та високу вихідну потужність лазера і є основним напрямком розвитку волокон, легованих ітербієм. Китайська технологія подвійно плакованих волокон, легованих ітербієм, більше не відповідає передовому рівню зарубіжних країн. Розроблені в Китаї волокна, леговані ітербієм, подвійно плаковані волокна, леговані ітербієм, та волокна, леговані співлегованими ербієм та ітербієм, досягли передового рівня аналогічних іноземних продуктів з точки зору продуктивності та надійності, мають переваги у вартості та мають основні запатентовані технології для багатьох продуктів та методів.
Всесвітньо відома німецька компанія з виробництва лазерів IPG нещодавно оголосила, що їхня нещодавно запущена волоконна лазерна система, легована ітербієм, має чудові характеристики променя, термін служби накачування понад 50000 годин, центральну довжину хвилі випромінювання 1070-1080 нм та вихідну потужність до 20 кВт. Вона застосовується для тонкого зварювання, різання та буріння гірських порід.
Лазерні матеріали є основою та фундаментом розвитку лазерних технологій. У лазерній галузі завжди існувало прислів'я: «одне покоління матеріалів — одне покоління пристроїв». Для розробки передових та практичних лазерних пристроїв необхідно спочатку володіти високопродуктивними лазерними матеріалами та інтегрувати інші відповідні технології. Лазерні кристали та лазерне скло, леговані ітербієм, як нова сила твердотільних лазерних матеріалів, сприяють інноваційному розвитку волоконно-оптичного зв'язку та лазерних технологій, особливо в передових лазерних технологіях, таких як потужні лазери на ядерному синтезі, високоенергетичні лазери на плитках бітів та високоенергетичні збройові лазери.
Крім того, ітербій також використовується як активатор флуоресцентного порошку, радіокераміка, добавки для компонентів пам'яті електронних комп'ютерів (магнітні бульбашки) та добавки для оптичного скла. Слід зазначити, що ітрій та ітрій є рідкісноземельними елементами. Хоча існують значні відмінності в англійських назвах та символах елементів, китайський фонетичний алфавіт має однакові склади. У деяких китайських перекладах ітрій іноді помилково називають ітрієм. У цьому випадку нам потрібно відстежити оригінальний текст та поєднати символи елементів для підтвердження.
Час публікації: 13 вересня 2023 р.