Iterbij: atomski broj 70, atomska težina 173,04, naziv elementa izveden je iz mjesta otkrića. Sadržajiterbiju kori je 0,000266%, uglavnom prisutan u fosforitu i naslagama crnog rijetkog zlata, dok je sadržaj u monazitu 0,03%, sa 7 prirodnih izotopa.
Otkrivanje povijesti
Otkrio/la: Marinak
Vrijeme: 1878.
Lokacija: Švicarska
Godine 1878. švicarski kemičari Jean Charles i G. Marignac otkrili su novi rijetkozemni element, "erbij". Godine 1907. Ulban i Weils istaknuli su da je Marignac odvojio smjesu lutecijevog oksida i iterbijevog oksida. U spomen na malo selo Yteerby u blizini Stockholma, gdje je otkrivena ruda itrija, ovaj novi element nazvan je iterbij sa simbolom Yb.
Elektronska konfiguracija
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Metal
Metalni iterbijSrebrno je sive boje, duktilan i mekane teksture. Na sobnoj temperaturi, iterbij se može polako oksidirati zrakom i vodom.
Postoje dvije kristalne strukture: α- tip je plošno centriran kubični kristalni sustav (sobna temperatura -798 ℃); β- tip je prostorno centrirana kubična (iznad 798 ℃) rešetka. Talište 824 ℃, vrelište 1427 ℃, relativna gustoća 6,977 (α- tip), 6,54 (β- tip).
Netopljiv u hladnoj vodi, topljiv u kiselinama i tekućem amonijaku. Prilično je stabilan na zraku. Slično samariju i europiju, iterbij pripada rijetkim zemnim elementima promjenjive valencije, a osim što je obično trovalentan, može biti i u pozitivnom dvovalentnom stanju.
Zbog ove promjenjive valentne karakteristike, priprava metalnog iterbija ne bi se trebala provoditi elektrolizom, već metodom redukcijske destilacije za pripremu i pročišćavanje. Obično,metalni lantankoristi se kao redukcijsko sredstvo za redukcijsku destilaciju, koristeći razliku između visokog tlaka pare metala iterbija i niskog tlaka pare metala lantana. Alternativno,tulij, iterbijilutecijKoncentrati se mogu koristiti kao sirovine, a metalni lantan kao redukcijsko sredstvo. Pod uvjetima vakuuma na visokim temperaturama >1100 ℃ i <0,133 Pa, metalni iterbij može se izravno ekstrahirati redukcijskom destilacijom. Kao...samarijieuropij,Iterbij se također može odvojiti i pročistiti mokrom redukcijom. Obično se kao sirovine koriste koncentrati tulija, iterbija i lutecija. Nakon otapanja, iterbij se reducira u dvovalentno stanje, što uzrokuje značajne razlike u svojstvima, a zatim se odvaja od ostalih trovalentnih rijetkih zemalja. Proizvodnja visokočistog iterbijevog oksida obično se provodi ekstrakcijskom kromatografijom ili metodom ionske izmjene.
Primjena
Koristi se za proizvodnju specijalnih legura.Iterbijeve legureprimjenjuju se u dentalnoj medicini za metalurške i kemijske eksperimente.
Posljednjih godina, iterbij se pojavio i brzo razvio u područjima optičke komunikacije i laserske tehnologije.
Izgradnjom i razvojem „informacijske autoceste“, računalne mreže i sustavi prijenosa optičkih vlakana na velike udaljenosti imaju sve veće zahtjeve za performanse optičkih vlakana koja se koriste u optičkoj komunikaciji. Iterbijevi ioni, zbog svojih izvrsnih spektralnih svojstava, mogu se koristiti kao materijali za pojačanje vlakana za optičku komunikaciju, baš kao ierbijitulijIako je rijetkozemni element erbij i dalje glavni igrač u pripremi vlaknastih pojačala, tradicionalna kvarcna vlakna dopirana erbijem imaju malu propusnost pojačanja (30 nm), što otežava zadovoljavanje zahtjeva za brzim i velikim kapacitetom prijenosa informacija. Yb3+ ioni imaju mnogo veći apsorpcijski presjek od Er3+ iona oko 980 nm. Kroz učinak senzibilizacije Yb3+ i prijenos energije erbija i iterbija, svjetlost od 1530 nm može se znatno poboljšati, čime se uvelike poboljšava učinkovitost pojačanja svjetlosti.
Posljednjih godina, istraživači sve više preferiraju fosfatno staklo dopirano erbijem i iterbijem. Fosfatna i fluorofosfatna stakla imaju dobru kemijsku i toplinsku stabilnost, kao i široku infracrvenu propusnost i velike karakteristike neujednačenog 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 prikladnima za područja kao što su optički senzori, laserska komunikacija u slobodnom prostoru i pojačanje ultra kratkih impulsa. Kina je trenutno izgradila najveći svjetski jednokanalni kapacitet i najbrži optički prijenosni sustav te ima najširu informacijsku autocestu na svijetu. Iterbijem i drugim rijetkozemnim metalima dopirana vlaknasta pojačala i laserski materijali igraju ključnu i značajnu ulogu u njima.
Spektralne karakteristike iterbija također se 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 ogroman niz, uključujući iterbijem dopirane...itrij aluminijgranat (Yb: YAG), dopiran iterbijemgadolinijgalijev granat (Yb: GGG), iterbijem dopirani kalcijev fluorofosfat (Yb: FAP), iterbijem dopirani stroncijev fluorofosfat (Yb: S-FAP), iterbijem dopirani itrijev vanadat (Yb: YV04), iterbijem dopirani borat i silikat. Poluvodički laser (LD) je nova vrsta 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 može se u budućnosti koristiti kao laserski materijal za lasersku nuklearnu fuziju, što je privuklo pozornost ljudi. U podesivim laserskim kristalima nalazi se kromov iterbij holmij itrij aluminijev galijev granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) s valnim duljinama u rasponu od 2,84 do 3,05 μ. Kontinuirano podesivo između m. Prema statistikama, većina infracrvenih bojevih glava koje se koriste u projektilima diljem svijeta koristi 3-5 μ. Stoga razvoj Cr, Yb, Ho:YSGG lasera može pružiti učinkovito ometanje za protumjere vođenog oružja u srednjem infracrvenom području i ima važno vojno značenje. Kina je postigla niz inovativnih rezultata s međunarodno naprednom razinom u području laserskih kristala dopiranih iterbijem (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP, itd.), rješavajući ključne tehnologije poput rasta kristala i brzog, pulsirajućeg, kontinuiranog i podesivog laserskog izlaza. Rezultati istraživanja primijenjeni su u nacionalnoj obrani, industriji i znanstvenom inženjerstvu, a proizvodi od kristala dopiranih iterbijem izvezeni su u više zemalja i regija poput Sjedinjenih Država i Japana.
Druga glavna kategorija iterbijevih laserskih materijala je lasersko staklo. Razvijena su različita laserska stakla s visokim poprečnim presjekom emisije, uključujući germanijev telurit, silicijev niobat, borat i fosfat. Zbog jednostavnosti oblikovanja stakla, može se izrađivati u velikim dimenzijama i ima karakteristike poput visoke propusnosti svjetlosti i visoke ujednačenosti, što omogućuje proizvodnju lasera velike snage. Poznato lasersko staklo od rijetkih zemalja nekada se uglavnom koristiloneodimijstaklo, koje ima povijest razvoja dužu od 40 godina i zrelu tehnologiju proizvodnje i primjene. Oduvijek je bio preferirani materijal za laserske uređaje velike snage i koristio se u eksperimentalnim uređajima za nuklearnu fuziju i laserskom oružju. Laserski uređaji velike snage proizvedeni u Kini, koji se sastoje od laseraneodimijstaklo kao glavni laserski medij dostiglo je svjetsku naprednu razinu. Ali lasersko neodimsko staklo sada se suočava s snažnim izazovom laserskog iterbijevog stakla.
Posljednjih godina, veliki broj studija pokazao je da mnoga svojstva laserskog iterbijevog stakla nadmašuju svojstvaneodimijstaklo. Zbog činjenice da luminiscencija dopirana iterbijem ima samo dvije energetske razine, učinkovitost pohrane energije je visoka. Uz isto pojačanje, iterbijevo staklo ima učinkovitost pohrane energije 16 puta veću od neodimskog stakla i vijek trajanja fluorescencije 3 puta veći od neodimskog stakla. Također ima prednosti poput visoke koncentracije dopiranja, apsorpcijske propusnosti i mogućnosti izravnog pumpanja poluvodičima, što ga čini vrlo pogodnim za lasere velike snage. Međutim, praktična primjena iterbijevog laserskog stakla često se oslanja na pomoć neodimija, kao što je korištenje Nd3+ kao senzibilizatora kako bi iterbijevo lasersko staklo radilo na sobnoj temperaturi, a μ laserska emisija postiže se na valnoj duljini m. Dakle, iterbij i neodimij su i konkurenti i partneri u suradnji u području laserskog stakla.
Prilagođavanjem sastava stakla mogu se poboljšati mnoga luminiscentna svojstva iterbijevog laserskog stakla. Razvojem lasera velike snage kao glavnog smjera, laseri izrađeni od iterbijevog laserskog stakla sve se šire koriste u modernoj industriji, poljoprivredi, medicini, znanstvenim 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 laserske zrake za udaranje i uništavanje ciljeva, stvarajući temperature od milijardi Celzijevih stupnjeva i izravno napadaju brzinom svjetlosti. Može se nazvati Nadana i ima veliku smrtonosnost, posebno je pogodna za moderne sustave protuzračne obrane u ratovanju. Izvrsne performanse laserskog stakla dopiranog iterbijem učinile su ga važnim osnovnim materijalom za proizvodnju laserskog oružja velike snage i visokih performansi.
Vlaknasti laser je brzo razvijajuća nova tehnologija i također pripada području primjene laserskog stakla. Vlaknasti laser je laser koji koristi vlakno kao laserski medij, što je proizvod kombinacije vlaknaste i laserske tehnologije. To je nova laserska tehnologija razvijena na temelju tehnologije vlaknastog pojačala dopiranog erbijem (EDFA). Vlaknasti laser sastoji se od poluvodičke laserske diode kao izvora pumpe, optičkog valovoda i medija za pojačanje te optičkih komponenti poput rešetkastih vlakana i spojnica. Ne zahtijeva mehaničko podešavanje optičkog puta, a mehanizam je kompaktan i jednostavan za integraciju. U usporedbi s tradicionalnim laserima u čvrstom stanju i poluvodičkim laserima, ima tehnološke i performansne prednosti kao što su visoka kvaliteta 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, vlaknasti laser koji je razvila tvrtka može se nazvati i vlaknastim laserom rijetkih zemalja.
Primjena lasera: Visokosnažni iterbijem dopirani dvostruko obloženi vlaknasti laseri postali su posljednjih godina međunarodno popularno područje u tehnologiji lasera u čvrstom stanju. Imaju prednosti dobre kvalitete snopa, kompaktne strukture i visoke učinkovitosti pretvorbe te široke mogućnosti primjene u industrijskoj obradi i drugim područjima. Dvostruko obložena iterbijem dopirana vlakna prikladna su za pumpanje poluvodičkih lasera, s visokom učinkovitošću spajanja i visokom laserskom izlaznom snagom, te su glavni smjer razvoja iterbijem dopiranih vlakana. Kineska tehnologija dvostruko obloženih iterbijem dopiranih vlakana više nije na razini napredne razine stranih zemalja. Iterbijem dopirana vlakna, dvostruko obložena iterbijem dopirana vlakna i erbijem iterbijem ko-dopirana vlakna razvijena u Kini dosegla su naprednu razinu sličnih stranih proizvoda u smislu performansi i pouzdanosti, imaju cjenovne prednosti i imaju temeljne patentirane tehnologije za više proizvoda i metoda.
Svjetski poznata njemačka tvrtka za IPG lasere nedavno je objavila da njihov novo lansirani sustav vlaknastog lasera dopiranog iterbijem ima izvrsne karakteristike snopa, vijek trajanja pumpe preko 50 000 sati, centralnu valnu duljinu emisije od 1070 nm-1080 nm i izlaznu snagu do 20 kW. Primjenjuje se u finom zavarivanju, rezanju i bušenju stijena.
Laserski materijali su jezgra i temelj razvoja laserske tehnologije. U laserskoj industriji oduvijek je postojala izreka da je 'jedna generacija materijala, jedna generacija uređaja'. Za razvoj naprednih i praktičnih laserskih uređaja potrebno je prvo posjedovati visokoučinkovite laserske materijale i integrirati druge relevantne tehnologije. Iterbijem dopirani laserski kristali i lasersko staklo, kao nova snaga čvrstih laserskih materijala, potiču inovativni razvoj optičke komunikacije i laserske tehnologije, posebno u najsuvremenijim laserskim tehnologijama kao što su laseri za nuklearnu fuziju velike snage, laseri s pločicama velike energije i laseri za oružje velike energije.
Osim toga, iterbij se koristi i kao aktivator fluorescentnog praha, radio keramika, aditivi za elektroničke računalne memorijske komponente (magnetski mjehurići) i aditivi za optičko staklo. Treba istaknuti da su 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 izvorni tekst i kombinirati simbole elemenata kako bismo to potvrdili.
Vrijeme objave: 13. rujna 2023.