Elemento mágico de tierras raras: iterbio

Iterbio: número atómico 70, peso atómico 173,04, nombre del elemento derivado de su ubicación de descubrimiento. el contenido deiterbioen la corteza es del 0,000266%, presente principalmente en depósitos de fosforita y oro raro negro, mientras que el contenido en monacita es del 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 en el “erbio”. En 1907, Ulban y Weils señalaron que Marignac separaba una mezcla de óxido de lutecio y óxido de iterbio. En memoria del pequeño pueblo llamado Yteerby cerca de Estocolmo, donde se descubrió mineral de itrio, este nuevo elemento recibió el nombre de 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 aire y el agua pueden oxidar lentamente el iterbio.

Hay dos estructuras cristalinas: α- El tipo es un sistema de cristal cúbico centrado en las caras (temperatura ambiente -798 ℃); β- El tipo es una red cúbica centrada en el cuerpo (por encima de 798 ℃). Punto de fusión 824 ℃, punto de ebullición 1427 ℃, densidad relativa 6,977 (tipo α), 6,54 (tipo β).

Insoluble en agua fría, soluble en ácidos y amoniaco 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 estar en un estado divalente positivo además de ser normalmente 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 para la destilación reductora, aprovechando la diferencia entre la alta presión de vapor del iterbio metálico y la baja presión de vapor del lantano metálico. Alternativamente,tulio, iterbio, yluteciose pueden utilizar concentrados como materia prima y lantano metálico como agente reductor. En condiciones de vacío de alta temperatura de> 1100 ℃ y <0,133 Pa, el iterbio metálico se puede extraer directamente mediante destilación reductora. Comosamarioyeuropio,El iterbio también se puede separar y purificar mediante reducción húmeda. Por lo general, se utilizan como materias primas concentrados de tulio, iterbio y lutecio. Después de la disolución, el iterbio se reduce a un estado divalente, lo que provoca diferencias significativas en las propiedades, y luego se separa de otras tierras raras trivalentes. La producción de óxido de iterbio de alta pureza generalmente se lleva a cabo mediante cromatografía de extracción o método de intercambio iónico.

Solicitud

Utilizado 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 las comunicaciones 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 de larga distancia tienen requisitos cada vez más altos para el rendimiento de los materiales de fibra óptica utilizados en las comunicaciones ópticas. Los iones de iterbio, debido a sus excelentes propiedades espectrales, se pueden utilizar como materiales de amplificación de fibras para comunicaciones ópticas, al igual queerbioytulio. Aunque el erbio, elemento de tierras raras, sigue siendo el actor principal en la preparación de amplificadores de fibra, las fibras de cuarzo tradicionales dopadas con erbio tienen un ancho de banda de ganancia pequeño (30 nm), lo que dificulta cumplir con 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. A través del efecto de sensibilización de Yb3+ y la transferencia de energía de erbio e iterbio, la luz de 1530 nm se puede mejorar enormemente, mejorando así en gran medida la eficiencia de amplificación de la luz.

En los últimos años, los investigadores han preferido cada vez más el vidrio de fosfato dopado con erbio-iterbio. Los vidrios de fosfato y fluorofosfato tienen buena estabilidad química y térmica, así como una amplia transmitancia infrarroja y grandes características de ensanchamiento no uniforme, lo que los convierte en materiales ideales para fibra de vidrio de amplificación dopada con erbio de banda ancha y de alta ganancia. Los amplificadores de fibra dopada Yb3+ pueden lograr amplificación de potencia y pequeña amplificación de señal, lo que los hace adecuados para campos como sensores de fibra óptica, comunicación láser en espacio libre y amplificación de pulso ultracorto. China ha construido actualmente el sistema de transmisión óptica de mayor capacidad de canal único y velocidad más rápida del mundo, y tiene la autopista de información más amplia del mundo. Los amplificadores de fibra y los materiales láser dopados con iterbio y otras tierras raras desempeñan un papel crucial y significativo en ellos.

Las características espectrales del iterbio también se utilizan como materiales láser de alta calidad, tanto en forma de cristales láser, vidrios láser y láseres de fibra. Como material láser de alta potencia, los cristales láser dopados con iterbio han formado una serie enorme, incluidos los cristales láser 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 y silicato dopado con iterbio. 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 LD de alta potencia y se ha convertido en un material láser para el bombeo LD de alta potencia. Yb: El cristal S-FAP podría utilizarse como material láser para la fusión nuclear por láser en el futuro, lo que ha atraído la atención de la gente. En los cristales láser sintonizables, hay cromo iterbio holmio itrio aluminio galio granate (Cr, Yb, Ho: YAGG) con longitudes de onda que van desde 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 infrarrojo medio y tiene una importancia militar importante. China ha logrado una serie de resultados innovadores con 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 láser rápido, pulso, Salida continua y ajustable. Los resultados de la investigación se han aplicado en la defensa nacional, la industria y la 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 láser de iterbio es el vidrio láser. Se han desarrollado varios vidrios láser de sección transversal de alta emisión, incluidos telurito de germanio, niobato de silicio, borato y fosfato. Debido a la facilidad de moldeo del vidrio, se puede fabricar en tamaños grandes y tiene 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 principalmenteneodimiovidrio, que tiene una historia de desarrollo de más de 40 años y una tecnología madura de producción y aplicación. Siempre ha sido el material preferido 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 construidos en China, que consisten en láserneodimioEl vidrio como principal medio láser, ha alcanzado el nivel avanzado del mundo. Pero el vidrio de neodimio para láser se enfrenta ahora a un poderoso desafío: el vidrio de iterbio para láser.

En los últimos años, un gran número de estudios han demostrado que muchas propiedades del vidrio de iterbio láser superan a las delneodimiovaso. Debido al hecho de que la luminiscencia dopada con iterbio sólo tiene dos niveles de energía, la eficiencia del 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 tiene ventajas como una alta concentración de dopaje, un ancho de banda de absorción y puede 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 ayuda del neodimio, como el uso de Nd3+ como sensibilizador para hacer que el vidrio láser de iterbio funcione a temperatura ambiente y la emisión del láser μ se logre a una longitud de onda m. Por tanto, el iterbio y el neodimio son competidores y socios colaboradores en el campo del vidrio láser.

Al ajustar la composición del vidrio, se pueden mejorar muchas propiedades luminiscentes del vidrio láser de iterbio. Con el desarrollo de láseres de alta potencia como dirección principal, los láseres fabricados con 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: utilizar la energía generada por la fusión nuclear como energía siempre ha sido un objetivo esperado, y lograr una 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 preferido para lograr mejoras en la fusión por confinamiento inercial (ICF) en el siglo XXI debido a su excelente rendimiento láser.

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

El láser de fibra es una nueva tecnología en rápido desarrollo y también pertenece al campo de las aplicaciones de vidrio láser. El láser de fibra es un láser que utiliza fibra como medio láser, que es producto de la combinación de fibra y tecnología láser. Es una nueva tecnología láser desarrollada sobre la base de 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 y un medio de ganancia, y componentes ópticos como fibras de rejilla y acopladores. No requiere ajuste mecánico de la trayectoria óptica y el mecanismo es compacto y fácil de integrar. En comparación con los láseres de estado sólido y los láseres semiconductores tradicionales, tiene ventajas tecnológicas y de rendimiento, como alta calidad del haz, buena estabilidad, fuerte resistencia a las interferencias ambientales, sin ajustes, sin mantenimiento y una estructura compacta. Debido a que los iones dopados son principalmente Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, todos los cuales utilizan fibras de tierras raras como medios de ganancia, el láser de fibra desarrollado por la empresa también puede llamarse láser de fibra de tierras raras.

Aplicación del láser: El láser de fibra de doble revestimiento dopado con iterbio de alta potencia se ha convertido en un campo candente en la tecnología láser de estado sólido a nivel internacional en los últimos años. Tiene las ventajas de una buena calidad del haz, una estructura compacta y una alta eficiencia de conversión, y tiene amplias perspectivas de aplicación en el procesamiento industrial y otros campos. Las fibras dopadas con iterbio de doble revestimiento son adecuadas para el bombeo de láser semiconductor, con alta eficiencia de acoplamiento y alta potencia de salida del láser, y son la principal dirección de desarrollo de las fibras dopadas con iterbio. La tecnología de fibra dopada con iterbio de doble revestimiento de China ya no está a la par del nivel avanzado de los países extranjeros. La fibra dopada con iterbio, la fibra dopada con iterbio de doble revestimiento y la fibra dopada con erbio-iterbio desarrolladas en China han alcanzado el nivel avanzado de productos extranjeros similares en términos de rendimiento y confiabilidad, tienen ventajas de costos y cuentan con tecnologías patentadas centrales para múltiples productos y métodos. .

La mundialmente reconocida compañía alemana de láser IPG anunció recientemente que su recién lanzado sistema láser de fibra dopada con iterbio tiene excelentes características de haz, una vida útil de la bomba de más de 50 000 horas, una longitud de onda de emisión central de 1070 nm-1080 nm y una potencia de salida de hasta 20 KW. Se ha aplicado en soldadura fina, corte y perforación de rocas.

Los materiales láser son el núcleo y la base para el desarrollo de la tecnología láser. Siempre ha habido un dicho en la industria del láser que dice: "una generación de materiales, una generación de dispositivos". Para desarrollar dispositivos láser avanzados y prácticos, primero es necesario poseer 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, están promoviendo 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, latidos de alta energía. láseres de azulejos y láseres de armas de alta energía.

Además, el iterbio también se utiliza como activador de polvo fluorescente, radiocerámica, aditivos para componentes electrónicos de memoria de computadoras (burbujas magnéticas) y aditivos para vidrio óptico. Cabe señalar que el itrio y el itrio son elementos de tierras raras. Aunque existen diferencias significativas en los nombres y símbolos de los elementos en inglés, el alfabeto fonético chino tiene las mismas sílabas. En algunas traducciones chinas, el itrio a veces se denomina erróneamente itrio. En este caso, necesitamos rastrear el texto original y combinar símbolos de elementos para confirmar.