Magescht selten Äerdelement: Ytterbium

Ytterbium: Atomnummer 70, Atomgewiicht 173,04, Elementnumm ofgeleet vu senger Entdeckungsplaz. Den Inhalt vunYtterbiuman der Äerdkuuscht ass 0,000266%, haaptsächlech a Phosphorit- a schwaarze rare Goldlagerplazen präsent, während den Inhalt u Monazit 0,03% ass, mat 7 natierlechen Isotopen.

Geschicht entdecken

Entdeckt vun: Marinak

Zäit: 1878

Standuert: Schwäiz 

Am Joer 1878 hunn d'Schwäizer Chemiker Jean Charles a G. Marignac en neit seltent Äerdelement am "Erbium" entdeckt. Am Joer 1907 hunn den Ulban an de Weils drop higewisen, datt Marignac eng Mëschung aus Lutetiumoxid an Ytterbiumoxid trennt. Zu Erënnerung un dat klengt Duerf mam Numm Yteerby bei Stockholm, wou Yttriumäerz entdeckt gouf, gouf dëst neit Element Ytterbium mam Symbol Yb genannt.

Elektronekonfiguratioun

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

Metall

Metallescht Ytterbiumass sëlwergro, duktil an huet eng mëll Textur. Bei Raumtemperatur kann Ytterbium lues a lues duerch Loft a Waasser oxidéiert ginn.

Et gëtt zwou Kristallstrukturen: α- Den Typ ass e flächenzentréiert kubescht Kristallsystem (Raumtemperatur -798 ℃); β- Den Typ ass e kierperzentréiert kubescht Gitter (iwwer 798 ℃). Schmelzpunkt 824 ℃, Kachpunkt 1427 ℃, relativ Dicht 6,977 (α- Typ), 6,54 (β- Typ).

Onléislech a kalem Waasser, léislech a Säuren a flëssegem Ammoniak. Et ass zimlech stabil an der Loft. Ähnlech wéi Samarium an Europium gehéiert Ytterbium zu der seltner Äerd mat variabler Valenz a kann, zousätzlech zu senger normaler Dräiwäertegkeet, och an engem positiven zweiwertege Zoustand sinn.

Wéinst dëser variabler Valenzcharakteristik soll d'Virbereedung vu metallischem Ytterbium net duerch Elektrolyse, mä duerch d'Reduktiounsdestillatiounsmethod fir d'Virbereedung an d'Reinigung duerchgefouert ginn. Normalerweis,Lanthanmetallgëtt als Reduktiounsmëttel fir d'Reduktiounsdestillatioun benotzt, andeems den Ënnerscheed tëscht dem héijen Dampdrock vum Ytterbiummetall an dem niddregen Dampdrock vum Lanthanmetall benotzt gëtt. Alternativ,Thulium, Ytterbium, anLutetiumKonzentraten kënnen als Rohmaterial benotzt ginn, a Metalllanthan kann als Reduktiounsmëttel benotzt ginn. Ënner héijen Temperaturvakuumbedingungen vun >1100 ℃ an <0,133 Pa kann Metallytterbium direkt duerch Reduktiounsdestillatioun extrahéiert ginn. WéiSamariumanEuropium,Ytterbium kann och duerch Naassreduktioun getrennt a gereinegt ginn. Normalerweis ginn Thulium-, Ytterbium- a Lutetiumkonzentraten als Rohmaterialien benotzt. Nom Opléisen gëtt Ytterbium an en zweiwertege Zoustand reduzéiert, wouduerch bedeitend Ënnerscheeder an den Eegeschafte entstinn, an dann vun aneren dräiwertege seltenen Äerdmetaller getrennt. D'Produktioun vun héichreinegem Ytterbiumoxid gëtt normalerweis duerch Extraktiounschromatographie oder Ionenaustauschmethod duerchgefouert.

Applikatioun

Benotzt fir d'Produktioun vu spezielle Legierungen.Ytterbiumlegierungengoufen an der Zännmedezin fir metallurgesch a chemesch Experimenter agesat.

An de leschte Joren ass Ytterbium an de Beräicher vun der Glasfaserkommunikatioun a Lasertechnologie opgedaucht a sech séier entwéckelt.

Mam Bau an der Entwécklung vun der "Informatiounsautobunn" stellen Computernetzwierker a Fernfasertransmissiounssystemer ëmmer méi héich Ufuerderungen un d'Leeschtung vun optesche Fasermaterialien, déi an der optescher Kommunikatioun benotzt ginn. Ytterbiumionen kënnen, wéinst hiren exzellenten spektrale Eegeschaften, als Faserverstärkungsmaterialien fir optesch Kommunikatioun benotzt ginn, genee wéiErbiumanThuliumObwuel den Erbium, e seltenen Äerdelement, nach ëmmer den Haaptacteur bei der Virbereedung vu Faserverstärker ass, hunn traditionell Quarzfaseren, déi mat Erbium dotiert sinn, eng kleng Gewënnbandbreet (30 nm), wat et schwéier mécht, d'Ufuerderunge vun enger Informatiounsiwwerdroung mat héijer Geschwindegkeet an héijer Kapazitéit ze erfëllen. Yb3+-Ionen hunn e vill méi groussen Absorptiounsquerschnitt wéi Er3+-Ionen ëm 980 nm. Duerch den Sensibiliséierungseffekt vun Yb3+ an den Energietransfer vun Erbium an Ytterbium kann d'Liicht vun 1530 nm däitlech verbessert ginn, wouduerch d'Verstärkungseffizienz vum Liicht däitlech verbessert gëtt.

An de leschte Joren ass Erbium-Ytterbium-co-dotiert Phosphatglas ëmmer méi vun de Fuerscher bevorzugt ginn. Phosphat- a Fluorphosphatglas hunn eng gutt chemesch a thermesch Stabilitéit, souwéi eng breet Infrarouttransmittanz a grouss net-uniform Verbreederungseigenschaften, wat se zu ideal Materialien fir Breitband- a mat Erbium-dotiert Verstärkungsglasfaser mat héijem Verstärkungsgewënn mécht. Yb3+-dotiert Faserverstärker kënnen eng Leeschtungsverstärkung a kleng Signalverstärkung erreechen, wat se fir Beräicher wéi Glasfasersensoren, Fräiraum-Laserkommunikatioun an Ultra-Kuerz-Impulsverstärkung gëeegent mécht. China huet de Moment dat weltgréisst Eenzelkanal-Kapazitéits- a séierst-Geschwindegkeetsoptik-Transmissiounssystem gebaut an huet déi breetst Informatiounsautobunn op der Welt. Ytterbium-dotiert an aner mat seltenen Äerdmetaller dotiert Faserverstärker a Lasermaterialien spillen eng entscheedend a bedeitend Roll dobäi.

Déi spektral Charakteristike vum Ytterbium ginn och als héichqualitativ Lasermaterialien benotzt, souwuel als Laserkristaller, Lasergläser wéi och als Faserlaser. Als héichleeschtungsfäegt Lasermaterial hunn Ytterbium-dotiert Laserkristaller eng grouss Serie geformt, dorënner Ytterbium-dotiert...YttriumaluminiumGranat (Yb: YAG), mat Ytterbium dotiertGadoliniumGalliumgranat (Yb: GGG), mat Ytterbium dotiert Kalziumfluorophosphat (Yb: FAP), mat Ytterbium dotiert Strontiumfluorophosphat (Yb: S-FAP), mat Ytterbium dotiert Yttriumvanadat (Yb: YV04), mat Ytterbium dotiert Borat a Silikat. En Hallefleederlaser (LD) ass eng nei Zort Pompelquell fir Festkierperlaser. Yb: YAG huet vill Charakteristiken, déi fir héichleistungs LD-Pompelen gëeegent sinn, an ass zu engem Lasermaterial fir héichleistungs LD-Pompelen ginn. Yb: S-FAP-Kristall kéint an Zukunft als Lasermaterial fir Laserkärfusioun benotzt ginn, wat d'Opmierksamkeet vun de Leit op sech gezunn huet. An ofstëmmenbare Laserkristaller gëtt et Chrom-Ytterbium, Holmium-Yttrium an Aluminium-Galliumgranat (Cr, Yb, Ho: YAGG) mat Wellelängten tëscht 2,84 an 3,05 μ. Kontinuéierlech justierbar tëscht m. Laut Statistike benotzen déi meescht Infrarout-Sprengkäpp, déi a Rakéiten weltwäit benotzt ginn, 3-5 μ. Dofir kann d'Entwécklung vu Cr-, Yb-, Ho-: YSGG-Laseren effektiv Interferenz fir Géigemoossname géint mëttleren Infrarout-geleet Waffen ubidden a vun enger wichteger militärescher Bedeitung sinn. China huet eng Serie vun innovativen Resultater mat internationalem fortgeschrattenem Niveau am Beräich vun Ytterbium-dotéierten Laserkristaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.) erreecht, andeems et Schlësseltechnologien wéi Kristallwuesstum a Laserschnell-, Puls-, kontinuéierlech an justierbar Laserleistung léist. D'Fuerschungsresultater goufen an der nationaler Verteidegung, der Industrie an dem wëssenschaftlechen Ingenieurswiesen ugewannt, an Ytterbium-dotéiert Kristallprodukter goufen a verschidde Länner a Regiounen wéi d'USA a Japan exportéiert.

Eng aner wichteg Kategorie vun Ytterbium-Lasermaterialien ass Laserglas. Verschidde Laserglas mat héijem Querschnitt an Emissiounsquerschnitt goufen entwéckelt, dorënner Germaniumtellurit, Siliziumniobat, Borat a Phosphat. Wéinst der Einfachheet vum Glasformen kann et a grouss Gréissten hiergestallt ginn an huet Charakteristiken wéi héich Liichttransmissioun an héich Uniformitéit, wat et erméiglecht, héichleeschtungsfäeg Laser ze produzéieren. Dat bekannte Laserglas aus seltenen Äerdmetaller gouf fréier haaptsächlech ...NeodymGlas, dat eng Entwécklungsgeschicht vu méi wéi 40 Joer an eng reif Produktiouns- an Uwendungstechnologie huet. Et war ëmmer dat bevorzugt Material fir héichleeschtungs Laserapparater a gouf a Kernfusiouns-Experimenter a Laserwaffen agesat. Déi héichleeschtungs Laserapparater, déi a China gebaut goufen, bestinn aus LaserNeodymGlas als Haaptlasermedium huet de weltwäit fortgeschrattene Niveau erreecht. Mä Laser-Neodymglas steet elo virun enger staarker Erausfuerderung vum Laser-Ytterbiumglas.

An de leschte Joren hunn eng grouss Zuel vu Studien gewisen, datt vill Eegeschafte vu Laser-Ytterbiumglas déi vun ... iwwerschreiden.NeodymGlas. Well d'Ytterbium-dotiert Lumineszenz nëmmen zwee Energieniveauen huet, ass d'Energiespäicherungseffizienz héich. Mat dem selwechte Gewënn huet Ytterbiumglas eng Energiespäicherungseffizienz, déi 16-mol méi héich ass wéi Neodymglas, an eng Fluoreszenzliewensdauer, déi 3-mol sou héich ass wéi déi vun Neodymglas. Et huet och Virdeeler wéi eng héich Dotierungskonzentratioun, eng héich Absorptiounsbandbreet a kann direkt vun Hallefleeder gepompelt ginn, wat et ganz gëeegent fir héichleeschtungslaseren mécht. Déi praktesch Uwendung vun Ytterbium-Laserglas hänkt awer dacks vun der Hëllef vun Neodym of, wéi zum Beispill d'Benotzung vun Nd3+ als Sensibiliséierungsmëttel, fir datt Ytterbium-Laserglas bei Raumtemperatur funktionéiert a μ. D'Laseremissioun gëtt bei enger Wellelängt vun m erreecht. Dofir sinn Ytterbium an Neodym souwuel Konkurrenten wéi och Kooperatiounspartner am Beräich vum Laserglas.

Duerch d'Upassung vun der Glaszesummesetzung kënnen vill lumineszent Eegeschafte vum Ytterbium-Laserglas verbessert ginn. Mat der Entwécklung vun Héichleistungslaseren als Haaptrichtung ginn Laseren aus Ytterbium-Laserglas ëmmer méi wäit an der moderner Industrie, der Landwirtschaft, der Medizin, der wëssenschaftlecher Fuerschung a militäreschen Uwendungen agesat.

Militäresch Notzung: D'Energie, déi duerch Kärfusioun generéiert gëtt, als Energie ze notzen, war ëmmer en erwaart Zil, an d'Erreeche vun enger kontrolléierter Kärfusioun wäert e wichtegt Mëttel fir d'Mënschheet sinn, fir Energieproblemer ze léisen. Mat Ytterbium dotiert Laserglas gëtt am 21. Joerhonnert zum bevorzugten Material fir d'Erreeche vun der Inertial Confinement Fusion (ICF)-Verbesserungen, wéinst senger exzellenter Laserleistung.

Laserwaffen benotzen déi enorm Energie vun engem Laserstrahl fir Ziler ze treffen an ze zerstéieren, wouduerch Temperaturen vu Milliarde Grad Celsius generéiert ginn an direkt mat Liichtgeschwindegkeet attackéiert ginn. Si kënnen als Nadana bezeechent ginn a si hunn eng grouss Tötlechkeet, besonnesch gëeegent fir modern Loftverteidegungswaffesystemer am Krich. Déi exzellent Leeschtung vum Ytterbium-dotierte Laserglas huet et zu engem wichtege Basismaterial fir d'Produktioun vun héichleeschtungsfäege a performante Laserwaffen gemaach.

Glasfaserlaser ass eng séier entwéckelnd nei Technologie a gehéiert och zum Beräich vun de Laserglasapplikatiounen. Glasfaserlaser ass e Laser, deen Glasfaser als Lasermedium benotzt, wat e Produkt vun der Kombinatioun vu Glasfaser- a Lasertechnologie ass. Et ass eng nei Lasertechnologie, déi op Basis vun der Erbium-dotierter Glasfaserverstärkertechnologie (EDFA) entwéckelt gouf. E Glasfaserlaser besteet aus enger Hallefleiterlaserdiod als Pompelquell, engem Glasfaserwellenleiter an engem Verstärkungsmedium, an optesche Komponenten wéi Gitterfaseren a Kopplungen. Et erfuerdert keng mechanesch Upassung vum optesche Wee, an de Mechanismus ass kompakt an einfach z'integréieren. Am Verglach mat traditionelle Festkierperlaseren an Hallefleiterlaseren huet et technologesch a performant Virdeeler wéi héich Strahlqualitéit, gutt Stabilitéit, staark Resistenz géint Ëmweltinterferenzen, keng Upassung, keng Ënnerhalt an eng kompakt Struktur. Well déi dotiert Ionen haaptsächlech Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3 sinn, déi all selten Äerdfaseren als Verstärkungsmedium benotzen, kann de vun der Firma entwéckelte Glasfaserlaser och als selten Äerdfaserlaser bezeechent ginn.

Laserapplikatioun: Den Ytterbium-dotierten Duebelbekleedungsfaserlaser mat héijer Leeschtung ass an de leschte Joren international zu engem begeeschterten Gebitt an der Festkierperlasertechnologie ginn. En huet d'Virdeeler vun enger gudder Stralqualitéit, enger kompakter Struktur an enger héijer Konversiounseffizienz, an huet breet Uwendungsperspektiven an der industrieller Veraarbechtung an anere Beräicher. Duebelbekleedt Ytterbium-dotiert Fasere si gëeegent fir Hallefleederlaserpompelen, mat héijer Koppleeffizienz an héijer Laserausgangsleistung, a sinn déi wichtegst Entwécklungsrichtung vun Ytterbium-dotierte Faseren. Déi duebelbekleedt Ytterbium-dotiert Fasertechnologie a China ass net méi um Niveau vum fortgeschrattene Niveau vun auslännesche Länner. Déi Ytterbium-dotiert Faser, duebelbekleedt Ytterbium-dotiert Faser an Erbium-Ytterbium-Ko-dotiert Faser, déi a China entwéckelt goufen, hunn den fortgeschrattene Niveau vun ähnlechen auslännesche Produkter a punkto Leeschtung a Zouverlässegkeet erreecht, hunn Käschtevirdeeler a verfüge iwwer Kärpatentéierungstechnologien fir verschidde Produkter a Methoden.

Déi weltbekannt däitsch IPG-Laserfirma huet viru kuerzem ugekënnegt, datt hiert nei lancéiert Ytterbium-dotiert Faserlasersystem exzellent Strahlcharakteristiken, eng Pompelliewensdauer vu méi wéi 50.000 Stonnen, eng zentral Emissiounswellelängt vun 1070 nm-1080 nm an eng Ausgangsleistung vu bis zu 20 kW huet. Et gouf beim Feinschweißen, Schnëtt a Gestengsbuerungen agesat.

Lasermaterialien sinn de Kär a Grondlag fir d'Entwécklung vun der Lasertechnologie. An der Laserindustrie gouf et ëmmer e Spruch: "Eng Generatioun vu Materialien, eng Generatioun vun Apparater". Fir fortgeschratt a praktesch Laserapparater z'entwéckelen, ass et néideg, als éischt héich performant Lasermaterialien ze besëtzen an aner relevant Technologien z'integréieren. Ytterbium-dotiert Laserkristaller a Laserglas, als déi nei Kraaft vu feste Lasermaterialien, fërderen déi innovativ Entwécklung vun der Glasfaserkommunikatioun an der Lasertechnologie, besonnesch a modernen Lasertechnologien wéi z. B. héichleeschtungsfäeg Kärfusiounslaseren, héichenergetesch Beat-Tile-Laseren an héichenergetesch Waffelaseren.

Zousätzlech gëtt Ytterbium och als fluoreszenten Pulveraktivator, Radiokeramik, Zousätz fir Komponenten vun elektronesche Computerspeicher (Magnéitblosen) an Zousätz fir optesch Glas benotzt. Et sollt drop higewisen ginn, datt Yttrium an Yttrium béid rar Äerdelementer sinn. Och wann et bedeitend Ënnerscheeder an den engleschen Nimm an Elementsymboler gëtt, huet dat chinesescht phonetescht Alphabet déiselwecht Silben. A verschiddene chineseschen Iwwersetzungen gëtt Yttrium heiansdo fälschlecherweis als Yttrium bezeechent. An dësem Fall musse mir den Originaltext nozéien an d'Elementsymboler kombinéieren fir ze bestätegen.