عنصر خاکی نادر جادویی: ytterbium

یرتربیوم: شماره اتمی 70 ، وزن اتمی 173.04 ، نام عنصر حاصل از محل کشف آن. محتوای Ytterbium در پوسته 0.000266 ٪ است ، که عمدتا در سپرده های طلای نادر فسفریت و سیاه وجود دارد. محتوای موجود در مونازیت 0.03 ٪ است و 7 ایزوتوپ طبیعی وجود دارد

کشف شده

توسط: ماریناک

زمان: 1878

مکان: سوئیس

در سال 1878 ، شیمیدان سوئیسی ژان چارلز و G Marignac یک عنصر جدید نادر زمین را در "Erbium" کشف کردند. در سال 1907 ، Ulban و Weils خاطرنشان كردند كه Marignac مخلوطی از اکسید لوتیوم و اکسید یتربیم را از هم جدا کرد. به یاد روستای کوچک به نام Yteerby در نزدیکی استکهلم ، جایی که سنگ معدن Yttrium کشف شد ، این عنصر جدید Ytterbium با نماد YB نامگذاری شد.

پیکربندی الکترون

پیکربندی الکترون
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

فلزی

Ytterbium فلزی خاکستری نقره ای ، انعطاف پذیر است و دارای بافت نرم است. در دمای اتاق ، ytterbium می تواند به آرامی توسط هوا و آب اکسیده شود.

دو ساختار کریستالی وجود دارد: α- نوع یک سیستم کریستال مکعب محور صورت (دمای اتاق -798 ℃) است. β- نوع یک شبکه مکعب محور (بالاتر از 798) است. نقطه ذوب 824 ℃ ، نقطه جوش 1427 ℃ ، چگالی نسبی 6.977 （α- نوع) ، 6.54 （نوع β-).

نامحلول در آب سرد ، محلول در اسیدها و آمونیاک مایع. در هوا کاملاً پایدار است. مشابه ساماریوم و یوروپیوم ، Ytterbium متعلق به متغیر Valence Earth Fare است و علاوه بر اینکه معمولاً سه ظرفیت است نیز می تواند در حالت دو ظرفیتی مثبت قرار داشته باشد.

با توجه به این ویژگی Valence متغیر ، آماده سازی ytterbium فلزی نباید با الکترولیز انجام شود ، بلکه با کاهش روش تقطیر برای تهیه و تصفیه. معمولاً از فلز لانتانوم به عنوان یک عامل کاهش برای کاهش تقطیر استفاده می شود ، با استفاده از تفاوت بین فشار بخار زیاد فلز یتربیم و فشار بخار کم فلز لانتانوم. از طرف دیگر ،Thulium ، یرتربیوموتلوتومکنسانتره را می توان به عنوان مواد اولیه استفاده کرد ولانتان فلزیمی تواند به عنوان یک عامل کاهش دهنده استفاده شود. در شرایط خلاء درجه حرارت بالا> 1100 ℃ و <0.133pa ، ytterbium فلزی با کاهش تقطیر می تواند به طور مستقیم استخراج شود. مانند ساماریوم و یوروپیوم ، Ytterbium نیز از طریق کاهش مرطوب می تواند از هم جدا و خالص شود. معمولاً از کنسانتره های Thulium ، Ytterbium و Lutetium به عنوان مواد اولیه استفاده می شوند. پس از انحلال ، Ytterbium به حالت دو ظرفیتی کاهش می یابد و باعث ایجاد تفاوت های قابل توجهی در خواص می شود و سپس از سایر زمین های نادر سه ظرفیتی جدا می شود. تولید با خلوص بالااکسید ytterbiumمعمولاً با کروماتوگرافی استخراج یا روش تبادل یونی انجام می شود

کاربرد

برای تولید آلیاژهای ویژه استفاده می شود. آلیاژهای Ytterbium برای آزمایشات متالورژی و شیمیایی در پزشکی دندانپزشکی استفاده شده است.

در سالهای اخیر ، Ytterbium در زمینه های ارتباط فیبر نوری و فناوری لیزر به سرعت توسعه یافته و به سرعت توسعه یافته است.

با ساخت و توسعه "بزرگراه اطلاعات" ، شبکه های رایانه ای و سیستم های انتقال فیبر نوری از راه دور ، نیازهای فزاینده ای برای عملکرد مواد فیبر نوری مورد استفاده در ارتباطات نوری دارند. یون های Ytterbium به دلیل خاصیت طیفی عالی آنها ، می توانند به عنوان مواد تقویت فیبر برای ارتباطات نوری ، درست مانند Erbium و Thulium استفاده شوند. اگرچه اربیوم عنصر نادر زمین هنوز هم بازیگر اصلی در تهیه آمپلی فایرهای فیبر است ، اما الیاف کوارتز سنتی Erbium-Doped دارای پهنای باند سود کمی (30 نانومتری) هستند و برآورده کردن نیازهای انتقال اطلاعات با سرعت بالا و با ظرفیت بالا دشوار است. یونهای Yb3+مقطع جذب بسیار بیشتری نسبت به یونهای ER3+در حدود 980 نانومتر دارند. از طریق تأثیر حساسیت YB3+و انتقال انرژی Erbium و Ytterbium ، نور 1530 نانومتری می تواند تا حد زیادی افزایش یابد ، در نتیجه باعث افزایش بازده تقویت نور می شود.

در سالهای اخیر ، شیشه فسفات دوپ شده Erbium Ytterbium به طور فزاینده ای مورد علاقه محققان قرار گرفته است. لیوان های فسفات و فلوروفسفات دارای ثبات شیمیایی و حرارتی خوبی و همچنین انتقال مادون قرمز گسترده و ویژگی های گسترده ای غیر یکنواخت هستند که آنها را برای مواد ایده آل برای پهنای باند و با افزایش زیاد ERBIUM-DOPED GLASS شیشه فیبر ایجاد می کند. آمپلی فایرهای فیبر دوپ شده می توانند به تقویت قدرت و تقویت سیگنال کوچک دست یابند ، و آنها را برای زمینه هایی مانند سنسورهای فیبر نوری ، ارتباط لیزر فضای آزاد و تقویت پالس فوق العاده مناسب می کند. چین در حال حاضر بزرگترین ظرفیت کانال تک کانال جهان و سریعترین سیستم انتقال نوری با سرعت را ایجاد کرده است و دارای وسیع ترین بزرگراه اطلاعاتی در جهان است. ytterbium doped و سایر تقویت کننده های فیبر دوپ شده زمین و مواد لیزر نادر زمین نقش اساسی و مهمی در آنها دارند.

از ویژگی های طیفی Ytterbium نیز به عنوان مواد لیزری با کیفیت بالا استفاده می شود ، هم به عنوان کریستال لیزر ، لیوان لیزر و لیزرهای فیبر. به عنوان یک ماده لیزر با قدرت بالا ، کریستال های لیزر دوپ شده Ytterbium یک سری عظیم را تشکیل داده اند ، از جمله گارنت آلومینیوم ytterbium yttrium (yag) ، ytterbium doped gadolinium garnet (yb: ggg) ، ytterbium calcium floorophosphate ytterbium dopium dopium dopium (ytterbium doped). فلوئوروفسفات (YB: S-FAP) ، ytterbium doped yttrium vanadate (YB: YV04) ، بورات دوپ شده Ytterbium و سیلیکات. لیزر نیمه هادی (LD) نوع جدیدی از منبع پمپ برای لیزرهای حالت جامد است. YB: YAG دارای ویژگی های بسیاری برای پمپاژ LD با قدرت بالا است و به یک ماده لیزری برای پمپاژ LD با قدرت بالا تبدیل شده است. YB: Crystal S-FAP ممکن است به عنوان ماده لیزری برای فیوژن هسته ای لیزر در آینده استفاده شود که توجه مردم را به خود جلب کرده است. در کریستال های لیزر قابل تنظیم ، گالیم گالیم آلومینیوم ytterbium ytterbium yttrium (cr ، yb ، ho: yagg) با طول موج از 2.84 تا 3.05 میکرون به طور مداوم قابل تنظیم بین m وجود دارد. طبق آمار ، بیشتر کلاهک های مادون قرمز مورد استفاده در موشک های سراسر جهان از 3-5 میکرون استفاده می کنند ، بنابراین ، توسعه لیزرهای CR ، YB ، HO: YSGG می تواند دخالت موثری را برای اقدامات سلاح های هدایت شده مادون قرمز در میانه فراهم کند و از اهمیت نظامی مهمی برخوردار است. چین با سطح پیشرفته بین المللی در زمینه کریستال های لیزر دوپ شده Ytterbium (YB: YAG ، YB: FAP ، YB: SFAP و غیره) به مجموعه ای از نتایج نوآورانه دست یافته است ، حل فن آوری های کلیدی مانند رشد کریستال و سریع لیزر ، پالس ، مداوم و قابل تنظیم. نتایج تحقیق در دفاع ملی ، صنعت و مهندسی علمی اعمال شده است و محصولات کریستالی دوپ شده Ytterbium به چندین کشور و مناطق مانند ایالات متحده و ژاپن صادر شده است.

دسته اصلی دیگر مواد لیزر Ytterbium شیشه لیزر است. عینک لیزر مقطع مختلف انتشار بالا ، از جمله تلوریت ژرمانیوم ، سیلیکون نیوبات ، بورات و فسفات ایجاد شده است. با توجه به سهولت در قالب شیشه ، می توان آن را به اندازه های بزرگ تبدیل کرد و دارای خصوصیاتی مانند انتقال نور زیاد و یکنواختی زیاد است و باعث می شود لیزر با قدرت بالا تولید شود. شیشه لیزر نادر زمین آشنا که عمدتا شیشه نئودیمیم بود ، که دارای سابقه توسعه بیش از 40 سال و تولید بالغ تولید و فناوری است. این همیشه ماده مورد نظر برای دستگاه های لیزر با قدرت بالا بوده و در دستگاه های آزمایشی فیوژن هسته ای و سلاح های لیزر مورد استفاده قرار گرفته است. دستگاه های لیزر با قدرت بالا ساخته شده در چین ، متشکل از لیزر نئودیمیوم به عنوان محیط اصلی لیزر ، به سطح پیشرفته جهان رسیده اند. اما شیشه لیزر Neodymium اکنون با یک چالش قدرتمند از لیزر Ytterbium Glass روبرو است.

در سالهای اخیر ، تعداد زیادی از مطالعات نشان داده اند که بسیاری از خصوصیات شیشه لیزر Ytterbium بیش از شیشه های نئودیمیوم است. با توجه به این واقعیت که لومینسانس دوپ شده Ytterbium فقط دارای دو سطح انرژی است ، راندمان ذخیره انرژی زیاد است. در همان سود ، شیشه Ytterbium دارای راندمان ذخیره انرژی 16 برابر بیشتر از شیشه نئودیمیوم و طول عمر فلورسانس 3 برابر شیشه نئودیمیوم است. همچنین دارای مزایایی مانند غلظت دوپینگ بالا ، پهنای باند جذب است و می تواند مستقیماً توسط نیمه هادی ها پمپ شود و آن را برای لیزرهای پر قدرت بسیار مناسب می کند. با این حال ، کاربرد عملی شیشه لیزر Ytterbium اغلب به کمک نئودیمیوم متکی است ، مانند استفاده از ND3+به عنوان یک حساس کننده برای ایجاد شیشه لیزر Ytterbium در دمای اتاق کار می کند و انتشار لیزر در طول موج M انجام می شود. بنابراین ، Ytterbium و Neodymium هم در زمینه لیزر شیشه ای رقبا و شرکای مشترک هستند.

با تنظیم ترکیب شیشه ، بسیاری از خواص درخشان شیشه لیزر Ytterbium قابل بهبود است. با توسعه لیزرهای پرقدرت به عنوان جهت اصلی ، لیزرهای ساخته شده از لیزر لیزر Ytterbium به طور فزاینده ای در صنعت مدرن ، کشاورزی ، پزشکی ، تحقیقات علمی و کاربردهای نظامی مورد استفاده قرار می گیرند.

استفاده نظامی: استفاده از انرژی حاصل از همجوشی هسته ای به عنوان انرژی همیشه یک هدف مورد انتظار بوده است و دستیابی به همجوشی هسته ای کنترل شده وسیله ای مهم برای حل مشکلات انرژی خواهد بود. شیشه لیزر دوپ شده Ytterbium به دلیل عملکرد لیزر عالی ، در قرن بیست و یکم به عنوان ماده ترجیحی برای دستیابی به ارتقاء فیوژن محاصره اینرسی (ICF) در قرن بیست و یکم تبدیل می شود.

سلاح های لیزر از انرژی عظیم پرتو لیزر برای اعتصاب و از بین بردن اهداف استفاده می کنند ، درجه حرارت میلیارد ها درجه سانتیگراد را ایجاد می کنند و مستقیماً با سرعت نور حمله می کنند. از آنها می توان به عنوان نادانا یاد کرد و مرگ و میر بسیار خوبی دارد ، به ویژه برای سیستم های سلاح دفاعی مدرن در جنگ. عملکرد عالی شیشه لیزر دوپ شده Ytterbium ، آن را به یک ماده اساسی مهم برای تولید سلاح های لیزر با قدرت بالا و با کارایی بالا تبدیل کرده است.

لیزر فیبر یک فناوری جدید در حال توسعه است و همچنین متعلق به زمینه کاربردهای شیشه لیزر است. لیزر فیبر لیزری است که از فیبر به عنوان محیط لیزر استفاده می کند ، که محصولی از ترکیب فیبر و فناوری لیزر است. این یک فناوری لیزر جدید است که بر اساس فناوری تقویت کننده فیبر دوپ شده Erbium (EDFA) ساخته شده است. یک لیزر فیبر از یک دیود لیزر نیمه هادی به عنوان منبع پمپ ، یک موجبر فیبر نوری و یک رسانه افزایش و اجزای نوری مانند الیاف توری و جفت کننده تشکیل شده است. نیازی به تنظیم مکانیکی مسیر نوری ندارد و مکانیسم جمع و جور و ادغام آسان است. در مقایسه با لیزرهای حالت جامد سنتی و لیزرهای نیمه هادی ، دارای مزایای فن آوری و عملکردی مانند کیفیت پرتو بالا ، پایداری خوب ، مقاومت شدید در تداخل محیطی ، تنظیم ، بدون نگهداری و ساختار جمع و جور است. با توجه به این واقعیت که یونهای دوپ شده عمدتاً ND+3 ، Yb+3 ، ER+3 ، TM+3 ، HO+3 هستند ، که همه آنها از الیاف خاکی نادر به عنوان رسانه سود استفاده می کنند ، لیزر فیبر که توسط این شرکت ایجاد شده است نیز می تواند یک لیزر فیبر زمین نادر نامیده شود.

کاربرد لیزر: لیزر فیبر دو رنگ دوپ با قدرت بالا دوپ شده دوپ شده در سالهای اخیر به یک میدان داغ در فناوری لیزر حالت جامد در سطح بین المللی تبدیل شده است. این مزیت از کیفیت پرتو خوب ، ساختار جمع و جور و راندمان تبدیل بالا دارد و چشم انداز کاربرد گسترده ای در پردازش صنعتی و سایر زمینه ها دارد. الیاف دوپد شده دوپدبیم دوتایی برای پمپاژ لیزر نیمه هادی مناسب هستند ، با راندمان کوپلینگ بالا و قدرت خروجی لیزر بالا ، و جهت اصلی توسعه الیاف دوپ شده Ytterbium هستند. فن آوری فیبر دوپ شده دوپبیم دوپبوم دوپ در چین دیگر با سطح پیشرفته کشورهای خارجی مطابقت ندارد. فیبر دوپ شده Ytterbium ، فیبر دوپد شده دوتایی دوپبیوم دوپ شده و فیبر دوپ شده Erbium Ytterbium که در چین توسعه یافته است ، از نظر عملکرد و قابلیت اطمینان به سطح پیشرفته محصولات خارجی مشابه رسیده است ، دارای مزایای هزینه و دارای فناوری های ثبت اختراع اصلی برای محصولات و روش های مختلف است.

شرکت لیزر IPG مشهور جهان آلمانی اخیراً اعلام کرده است که سیستم لیزر فیبر دوپ شده Ytterbium Doped تازه راه اندازی شده دارای ویژگی های پرتو عالی ، عمر پمپ بیش از 50000 ساعت ، طول موج انتشار مرکزی 1070nm-1080nm و قدرت خروجی تا 20kW است. این کار در جوشکاری ، برش و حفاری سنگ خوب اعمال شده است.

مواد لیزر اصلی و پایه و اساس توسعه فناوری لیزر هستند. همیشه در صنعت لیزر گفته ای وجود داشته است که "یک نسل از مواد ، یک نسل از دستگاه ها". برای توسعه دستگاه های لیزر پیشرفته و کاربردی ، لازم است ابتدا از مواد لیزر با کارایی بالا و ادغام سایر فن آوری های مرتبط استفاده شود. کریستال های لیزر دوپ شده Ytterbium و شیشه لیزر ، به عنوان نیروی جدید مواد لیزر جامد ، در حال ترویج توسعه نوآورانه ارتباطات فیبر نوری و فناوری لیزر ، به ویژه در فن آوری های لیزر برش مانند لیزرهای فیوژن هسته ای با قدرت بالا ، کاشی های با انرژی بالا ، لیزر با لیزر و سلاح های پر انرژی است.

علاوه بر این ، Ytterbium همچنین به عنوان یک فعال کننده پودر فلورسنت ، سرامیک رادیویی ، مواد افزودنی برای اجزای حافظه الکترونیکی رایانه (حباب های مغناطیسی) و مواد افزودنی شیشه ای نوری استفاده می شود. لازم به ذکر است که yttrium و yttrium هر دو عناصر نادر زمین هستند. اگرچه در نامهای انگلیسی و نمادهای عناصر تفاوتهای قابل توجهی وجود دارد ، الفبای آوایی چینی دارای همان هجا است. در برخی از ترجمه های چینی ، Yttrium گاهی به اشتباه به عنوان yttrium گفته می شود. در این حالت ، برای تأیید باید متن اصلی را ردیابی کنیم و نمادهای عنصر را ترکیب کنیم.