Elemento mágico de tierras raras: iterbio

Iterbio: número atómico 70, peso atómico 173,04, nombre del elemento derivado de su lugar de descubrimiento. El contenido deiterbioEn la corteza es de 0,000266%, presente principalmente en depósitos de fosforita y oro negro raro, mientras que el contenido en monacita es de 0,03%, con 7 isótopos naturales.

Descubriendo la Historia

Descubierto por: Marinak

Hora: 1878

Ubicación: Suiza 

En 1878, los químicos suizos Jean Charles y G. Marignac descubrieron un nuevo elemento de tierras raras, el erbio. En 1907, Ulban y Weils señalaron que Marignac separó una mezcla de óxido de lutecio y óxido de iterbio. En memoria del pequeño pueblo de Yteerby, cerca de Estocolmo, donde se descubrió el mineral de itrio, este nuevo elemento se denominó iterbio, con el símbolo Yb.

Configuración electrónica

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

Metal

Iterbio metálicoEs de color gris plateado, dúctil y de textura suave. A temperatura ambiente, el iterbio puede oxidarse lentamente en contacto con el aire y el agua.

Existen dos estructuras cristalinas: α, un sistema cristalino cúbico centrado en las caras (temperatura ambiente: -798 °C); β, un sistema cristalino cúbico centrado en el cuerpo (temperatura superior a 798 °C). Punto de fusión: 824 °C, punto de ebullición: 1427 °C, densidad relativa: 6,977 (tipo α) y 6,54 (tipo β).

Insoluble en agua fría, soluble en ácidos y amoníaco líquido. Es bastante estable en el aire. Al igual que el samario y el europio, el iterbio pertenece a las tierras raras de valencia variable y también puede presentarse en estado divalente positivo, además de ser generalmente trivalente.

Debido a esta característica de valencia variable, la preparación del iterbio metálico no debe realizarse mediante electrólisis, sino mediante el método de destilación reductora para su preparación y purificación. Generalmente,metal lantanoSe utiliza como agente reductor en la destilación por reducción, aprovechando la diferencia entre la alta presión de vapor del iterbio metálico y la baja presión de vapor del lantano metálico. Alternativamente,tulio, iterbio, ylutecioLos concentrados se pueden utilizar como materia prima, y ​​el lantano metálico se puede utilizar como agente reductor. En condiciones de vacío a alta temperatura de >1100 °C y <0,133 Pa, el iterbio metálico se puede extraer directamente mediante destilación reductora.samarioyeuropio,El iterbio también se puede separar y purificar mediante reducción húmeda. Generalmente, se utilizan concentrados de tulio, iterbio y lutecio como materia prima. Tras su disolución, el iterbio se reduce a un estado divalente, lo que provoca diferencias significativas en sus propiedades, y posteriormente se separa de otras tierras raras trivalentes. La producción de óxido de iterbio de alta pureza se realiza generalmente mediante cromatografía de extracción o intercambio iónico.

Solicitud

Se utiliza para la fabricación de aleaciones especiales.aleaciones de iterbioSe han aplicado en medicina dental para experimentos metalúrgicos y químicos.

En los últimos años, el iterbio ha surgido y se ha desarrollado rápidamente en los campos de la comunicación por fibra óptica y la tecnología láser.

Con la construcción y el desarrollo de la "autopista de la información", las redes informáticas y los sistemas de transmisión de fibra óptica a larga distancia exigen cada vez más rendimiento a los materiales de fibra óptica utilizados en las comunicaciones ópticas. Los iones de iterbio, gracias a sus excelentes propiedades espectrales, pueden utilizarse como materiales de amplificación de fibra para las comunicaciones ópticas, al igual que...erbioytulioAunque el erbio, un elemento de tierras raras, sigue siendo el principal componente en la preparación de amplificadores de fibra, las fibras tradicionales de cuarzo dopado con erbio presentan un ancho de banda de ganancia bajo (30 nm), lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de transmisión de información de alta velocidad y alta capacidad. Los iones Yb3+ tienen una sección transversal de absorción mucho mayor que los iones Er3+ alrededor de 980 nm. Gracias al efecto de sensibilización del Yb3+ y a la transferencia de energía del erbio y el iterbio, la luz de 1530 nm se puede amplificar considerablemente, mejorando así significativamente su eficiencia de amplificación.

En los últimos años, el vidrio de fosfato dopado con erbio e iterbio ha sido cada vez más popular entre los investigadores. Los vidrios de fosfato y fluorofosfato presentan buena estabilidad química y térmica, así como una amplia transmitancia infrarroja y un ensanchamiento no uniforme, lo que los convierte en materiales ideales para la fibra de vidrio de amplificación dopada con erbio de banda ancha y alta ganancia. Los amplificadores de fibra dopados con Yb3+ pueden lograr amplificación de potencia y de señales pequeñas, lo que los hace adecuados para campos como sensores de fibra óptica, comunicación láser en espacio libre y amplificación de pulsos ultracortos. China ha construido actualmente el sistema de transmisión óptica de canal único con mayor capacidad y velocidad del mundo, y posee la autopista de la información más extensa del mundo. Los amplificadores de fibra dopados con iterbio y otras tierras raras, así como los materiales láser, desempeñan un papel crucial en estos campos.

Las características espectrales del iterbio también se utilizan como materiales láser de alta calidad, tanto en cristales láser, vidrios láser y láseres de fibra. Como material láser de alta potencia, los cristales láser dopados con iterbio han formado una amplia gama, incluyendo los dopados con iterbio.itrio aluminiogranate (Yb: YAG), dopado con iterbiogadoliniogranate de galio (Yb: GGG), fluorofosfato de calcio dopado con iterbio (Yb: FAP), fluorofosfato de estroncio dopado con iterbio (Yb: S-FAP), vanadato de itrio dopado con iterbio (Yb: YV04), borato dopado con iterbio y silicato. El láser semiconductor (LD) es un nuevo tipo de fuente de bombeo para láseres de estado sólido. Yb: YAG tiene muchas características adecuadas para el bombeo de LD de alta potencia y se ha convertido en un material láser para el bombeo de LD de alta potencia. El cristal Yb: S-FAP puede usarse como material láser para la fusión nuclear láser en el futuro, lo que ha atraído la atención de las personas. En los cristales láser sintonizables, hay granate de galio, cromo, iterbio, holmio, itrio, aluminio y cromo (Cr, Yb, Ho: YAGG) con longitudes de onda que varían de 2,84 a 3,05 μ Continuamente ajustable entre m. Según las estadísticas, la mayoría de las ojivas infrarrojas utilizadas en misiles en todo el mundo utilizan 3-5 μ Por lo tanto, el desarrollo de láseres Cr, Yb, Ho: YSGG puede proporcionar una interferencia efectiva para las contramedidas de armas guiadas por el infrarrojo medio y tiene una importante importancia militar. China ha logrado una serie de resultados innovadores con un nivel avanzado internacional en el campo de los cristales láser dopados con iterbio (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), resolviendo tecnologías clave como el crecimiento de cristales y la salida rápida, pulsada, continua y ajustable del láser. Los resultados de la investigación se han aplicado en defensa nacional, industria e ingeniería científica, y los productos de cristal dopado con iterbio se han exportado a múltiples países y regiones como Estados Unidos y Japón.

Otra categoría importante de materiales para láseres de iterbio es el vidrio láser. Se han desarrollado diversos vidrios láser de alta emisión con sección transversal, como el telurito de germanio, el niobato de silicio, el borato y el fosfato. Gracias a su fácil moldeo, se puede fabricar en grandes tamaños y posee características como alta transmitancia de luz y alta uniformidad, lo que permite producir láseres de alta potencia. El conocido vidrio láser de tierras raras solía ser principalmente...neodimioEl vidrio, con más de 40 años de historia de desarrollo y una tecnología de producción y aplicación consolidada, siempre ha sido el material predilecto para dispositivos láser de alta potencia y se ha utilizado en dispositivos experimentales de fusión nuclear y armas láser. Los dispositivos láser de alta potencia fabricados en China, compuestos por láser...neodimioEl vidrio, como principal medio láser, ha alcanzado un nivel avanzado a nivel mundial. Sin embargo, el vidrio de neodimio para láser se enfrenta ahora a un gran desafío: el vidrio de iterbio para láser.

En los últimos años, una gran cantidad de estudios han demostrado que muchas propiedades del vidrio de iterbio para láser superan las deneodimioVidrio. Debido a que la luminiscencia dopada con iterbio solo tiene dos niveles de energía, su eficiencia de almacenamiento de energía es alta. Con la misma ganancia, el vidrio de iterbio tiene una eficiencia de almacenamiento de energía 16 veces mayor que el vidrio de neodimio y una vida útil de fluorescencia 3 veces mayor que la del vidrio de neodimio. También presenta ventajas como una alta concentración de dopaje, un ancho de banda de absorción y la posibilidad de ser bombeado directamente por semiconductores, lo que lo hace muy adecuado para láseres de alta potencia. Sin embargo, la aplicación práctica del vidrio láser de iterbio a menudo depende de la asistencia del neodimio, por ejemplo, utilizando Nd3+ como sensibilizador para que el vidrio láser de iterbio funcione a temperatura ambiente y la emisión láser μ se logre a una longitud de onda m. Por lo tanto, el iterbio y el neodimio son competidores y socios colaboradores en el campo del vidrio láser.

Ajustando la composición del vidrio, se pueden mejorar muchas de las propiedades luminiscentes del vidrio láser de iterbio. Con el desarrollo de láseres de alta potencia como principal objetivo, los láseres de vidrio láser de iterbio se utilizan cada vez más en la industria moderna, la agricultura, la medicina, la investigación científica y las aplicaciones militares.

Uso militar: El uso de la energía generada por la fusión nuclear como fuente de energía siempre ha sido un objetivo esperado, y lograr la fusión nuclear controlada será un medio importante para que la humanidad resuelva los problemas energéticos. El vidrio láser dopado con iterbio se está convirtiendo en el material predilecto para lograr mejoras en la fusión por confinamiento inercial (ICF) en el siglo XXI gracias a su excelente rendimiento láser.

Las armas láser utilizan la enorme energía de un rayo láser para alcanzar y destruir objetivos, generando temperaturas de miles de millones de grados Celsius y atacando directamente a la velocidad de la luz. Se las conoce como Nadana y poseen una gran letalidad, especialmente adecuadas para los sistemas de defensa aérea modernos en la guerra. El excelente rendimiento del vidrio láser dopado con iterbio lo ha convertido en un importante material básico para la fabricación de armas láser de alta potencia y alto rendimiento.

El láser de fibra es una nueva tecnología en rápido desarrollo que también pertenece al campo de las aplicaciones de láser de vidrio. El láser de fibra utiliza fibra como medio láser, producto de la combinación de tecnología de fibra y láser. Se trata de una nueva tecnología láser desarrollada con base en la tecnología de amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Un láser de fibra se compone de un diodo láser semiconductor como fuente de bombeo, una guía de ondas de fibra óptica, un medio de ganancia y componentes ópticos como fibras de rejilla y acopladores. No requiere ajuste mecánico de la trayectoria óptica y su mecanismo es compacto y fácil de integrar. En comparación con los láseres de estado sólido y semiconductores tradicionales, presenta ventajas tecnológicas y de rendimiento, como alta calidad del haz, buena estabilidad, alta resistencia a las interferencias ambientales, ausencia de ajustes y mantenimiento, y una estructura compacta. Debido a que los iones dopados son principalmente Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3 y Ho+3, todos los cuales utilizan fibras de tierras raras como medios de ganancia, el láser de fibra desarrollado por la empresa también puede denominarse láser de fibra de tierras raras.

Aplicación láser: El láser de fibra de doble revestimiento dopado con iterbio de alta potencia se ha convertido en un campo de gran interés internacional en los últimos años. Ofrece ventajas como la buena calidad del haz, una estructura compacta y una alta eficiencia de conversión, además de amplias posibilidades de aplicación en el procesamiento industrial, entre otros campos. Las fibras dopadas con iterbio de doble revestimiento son adecuadas para el bombeo láser de semiconductores, con una alta eficiencia de acoplamiento y una alta potencia de salida láser, y constituyen la principal línea de desarrollo de las fibras dopadas con iterbio. La tecnología china de fibra dopada con iterbio de doble revestimiento ya no está a la altura de los avances de otros países. Las fibras dopadas con iterbio, las fibras dopadas con iterbio de doble revestimiento y las fibras co-dopadas con erbio e iterbio desarrolladas en China han alcanzado el nivel avanzado de productos extranjeros similares en términos de rendimiento y fiabilidad, ofrecen ventajas de coste y cuentan con tecnologías patentadas para múltiples productos y métodos.

La mundialmente reconocida empresa alemana de láseres IPG anunció recientemente que su nuevo sistema láser de fibra dopada con iterbio ofrece excelentes características de haz, una vida útil de bombeo de más de 50 000 horas, una longitud de onda de emisión central de 1070 nm a 1080 nm y una potencia de salida de hasta 20 kW. Se ha aplicado en soldadura de precisión, corte y perforación de rocas.

Los materiales láser son la base del desarrollo de la tecnología láser. En la industria láser, siempre se ha dicho que «una generación de materiales, una generación de dispositivos». Para desarrollar dispositivos láser avanzados y prácticos, es necesario contar primero con materiales láser de alto rendimiento e integrar otras tecnologías relevantes. Los cristales láser dopados con iterbio y el vidrio láser, como la nueva fuerza de los materiales láser sólidos, impulsan el desarrollo innovador de la comunicación por fibra óptica y la tecnología láser, especialmente en tecnologías láser de vanguardia como los láseres de fusión nuclear de alta potencia, los láseres de tejas de alta energía y los láseres de armas de alta energía.

Además, el iterbio también se utiliza como activador de polvo fluorescente, en radiocerámicas, aditivos para componentes de memoria de computadoras (burbujas magnéticas) y aditivos para vidrio óptico. Cabe destacar que el itrio y el itrio son tierras raras. Si bien existen diferencias significativas en los nombres y símbolos de los elementos en inglés, el alfabeto fonético chino tiene las mismas sílabas. En algunas traducciones al chino, a veces se menciona erróneamente al itrio como itrio. En este caso, es necesario rastrear el texto original y combinar los símbolos de los elementos para confirmarlo.