Elementi magjik i rrallë i tokës: Iterbiumi

Iterbium: numri atomik 70, pesha atomike 173.04, emri i elementit rrjedh nga vendi i zbulimit të tij. Përmbajtja eiterbiumnë kore është 0.000266%, kryesisht i pranishëm në fosforit dhe depozitat e arit të rrallë të zi, ndërsa përmbajtja në monazit është 0.03%, me 7 izotope natyrore.

Zbulimi i Historisë

Zbuluar nga: Marinak

Koha: 1878

Vendndodhja: Zvicër 

Në vitin 1878, kimistët zviceranë Jean Charles dhe G Marignac zbuluan një element të ri të rrallë tokësor në "erbium". Në vitin 1907, Ulban dhe Weils vunë në dukje se Marignac ndau një përzierje të oksidit të lutetiumit dhe oksidit të iterbiumit. Në kujtim të fshatit të vogël të quajtur Yteerby pranë Stokholmit, ku u zbulua xeherori itriumit, ky element i ri u quajt Iterbium me simbolin Yb.

Konfigurimi i elektroneve

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

Metal

Iterbium metalikështë gri argjendi, i duktil dhe ka një strukturë të butë. Në temperaturë ambienti, iterbiumi mund të oksidohet ngadalë nga ajri dhe uji.

Ekzistojnë dy struktura kristalore: α- Lloji është një sistem kristalor kub me qendër në sipërfaqe (temperatura e dhomës -798 ℃); β- Lloji është një rrjetë kub me qendër në trup (mbi 798 ℃). Pika e shkrirjes 824 ℃, pika e vlimit 1427 ℃, dendësia relative 6.977 (Lloji α-), 6.54 (Lloji β-).

I patretshëm në ujë të ftohtë, i tretshëm në acide dhe amoniak të lëngshëm. Është mjaft i qëndrueshëm në ajër. Ngjashëm me samariumin dhe europiumin, iterbiumi i përket metaleve të rralla të tokës me valencë të ndryshueshme dhe mund të jetë edhe në gjendje dyvalente pozitive përveçse zakonisht është trivalent.

Për shkak të kësaj karakteristike të valencës së ndryshueshme, përgatitja e iterbiumit metalik nuk duhet të kryhet me anë të elektrolizës, por me metodën e distilimit të reduktimit për përgatitje dhe pastrim. Zakonisht,metali i lantanitpërdoret si agjent reduktues për distilimin e reduktimit, duke shfrytëzuar ndryshimin midis presionit të lartë të avullit të metalit iterbium dhe presionit të ulët të avullit të metalit lantan. Nga ana tjetër,tulium, iterbium, dhelutetiumkoncentratet mund të përdoren si lëndë të para, dhe lantani metalik mund të përdoret si agjent reduktues. Nën kushte vakumi me temperaturë të lartë >1100 ℃ dhe <0.133Pa, iterbiumi metalik mund të nxirret direkt me distilim reduktues. Ashtu sisamariumdheeuropium,Iterbiumi mund të ndahet dhe pastrohet edhe nëpërmjet reduktimit të lagësht. Zakonisht, koncentratet e tuliumit, iterbiumit dhe lutetiumit përdoren si lëndë të para. Pas tretjes, iterbiumi reduktohet në një gjendje dyvalente, duke shkaktuar ndryshime të konsiderueshme në veti, dhe më pas ndahet nga metalet e tjera të rralla trivalente. Prodhimi i oksidit të iterbiumit me pastërti të lartë zakonisht kryhet me anë të kromatografisë së nxjerrjes ose metodës së shkëmbimit jonik.

Aplikacioni

Përdoret për prodhimin e lidhjeve speciale.Lidhjet e iterbiumitjanë aplikuar në mjekësinë dentare për eksperimente metalurgjike dhe kimike.

Në vitet e fundit, ytterbium është shfaqur dhe është zhvilluar me shpejtësi në fushat e komunikimit me fibra optike dhe teknologjisë lazer.

Me ndërtimin dhe zhvillimin e "autostradës së informacionit", rrjetet kompjuterike dhe sistemet e transmetimit me fibra optike në distanca të gjata kanë kërkesa gjithnjë e më të larta për performancën e materialeve të fibrave optike të përdorura në komunikimin optik. Jonet e iterbiumit, për shkak të vetive të tyre të shkëlqyera spektrale, mund të përdoren si materiale amplifikimi të fibrave për komunikimin optik, ashtu sierbiumdhetuliumEdhe pse erbiumi, elementi i rrallë i tokës, është ende lojtari kryesor në përgatitjen e amplifikatorëve të fibrave, fibrat tradicionale të kuarcit të dopuara me erbium kanë një gjerësi të vogël brezi fitimi (30 nm), duke e bërë të vështirë përmbushjen e kërkesave të transmetimit të informacionit me shpejtësi të lartë dhe kapacitet të lartë. Jonet Yb3+ kanë një prerje tërthore absorbimi shumë më të madhe se jonet Er3+ rreth 980 nm. Nëpërmjet efektit të sensibilizimit të Yb3+ dhe transferimit të energjisë së erbiumit dhe iterbiumit, drita 1530 nm mund të përmirësohet shumë, duke përmirësuar kështu shumë efikasitetin e amplifikimit të dritës.

Në vitet e fundit, qelqi fosfat i dopuar me erbium dhe yterbium është favorizuar gjithnjë e më shumë nga studiuesit. Qelqet e fosfatit dhe fluorofosfatit kanë stabilitet të mirë kimik dhe termik, si dhe transmetim të gjerë infra të kuq dhe karakteristika të mëdha zgjerimi jo-uniforme, duke i bërë ato materiale ideale për fibra qelqi me amplifikim të dopuar me erbium me brez të gjerë dhe me fitim të lartë. Amplifikatorët me fibra të dopuar me Yb3+ mund të arrijnë amplifikim fuqie dhe amplifikim të vogël sinjali, duke i bërë ato të përshtatshme për fusha të tilla si sensorët me fibra optike, komunikimi me lazer në hapësirë ​​të lirë dhe amplifikimi me pulse ultra të shkurtra. Kina aktualisht ka ndërtuar kapacitetin më të madh në botë me një kanal të vetëm dhe sistemin e transmetimit optik me shpejtësi më të lartë, dhe ka autostradën më të gjerë të informacionit në botë. Amplifikatorët me fibra të dopuar me iterbium dhe materiale të tjera të rralla të dopuara me tokë luajnë një rol vendimtar dhe domethënës në to.

Karakteristikat spektrale të iterbiumit përdoren gjithashtu si materiale lazeri me cilësi të lartë, si kristale lazeri, syze lazeri dhe lazerë me fibra. Si një material lazeri me fuqi të lartë, kristalet lazer të dopuara me iterbium kanë formuar një seri të madhe, duke përfshirë kristalet e dopuara me iterbium.alumini itriumgranat (Yb: YAG), i dopuar me iterbiumgadoliniumgranatë galiumi (Yb: GGG), fluorofosfat kalciumi i dopuar me iterbium (Yb: FAP), fluorofosfat stronciumi i dopuar me iterbium (Yb: S-FAP), vanadat itriumi i dopuar me iterbium (Yb: YV04), borat i dopuar me iterbium dhe silikat. Lazeri gjysmëpërçues (LD) është një lloj i ri burimi pompe për lazerët në gjendje të ngurtë. Yb: YAG ka shumë karakteristika të përshtatshme për pompimin e LD me fuqi të lartë dhe është bërë një material lazeri për pompimin e LD me fuqi të lartë. Kristali Yb: S-FAP mund të përdoret si material lazeri për bashkimin bërthamor me lazer në të ardhmen, gjë që ka tërhequr vëmendjen e njerëzve. Në kristalet lazer të akordueshëm, ekziston granatë galiumi alumini, iterbiumi, holmium itriumi, kromi (Cr, Yb, Ho: YAGG) me gjatësi vale që variojnë nga 2.84 deri në 3.05 μ. I rregullueshëm vazhdimisht midis m. Sipas statistikave, shumica e kokave bërthamore infra të kuqe të përdorura në raketa në të gjithë botën përdorin 3-5 μ. Prandaj, zhvillimi i lazerëve Cr, Yb, Ho: YSGG mund të ofrojë ndërhyrje efektive për kundërmasat e armëve të drejtuara me infra të kuqe të mesme dhe ka rëndësi të rëndësishme ushtarake. Kina ka arritur një sërë rezultatesh inovative me nivel të avancuar ndërkombëtar në fushën e kristaleve lazer të dopuar me iterbium (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etj.), duke zgjidhur teknologji kyçe si rritja e kristaleve dhe prodhimi i shpejtë, pulsues, i vazhdueshëm dhe i rregullueshëm me lazer. Rezultatet e kërkimit janë aplikuar në mbrojtjen kombëtare, industri dhe inxhinieri shkencore, dhe produktet e kristaleve të dopuar me iterbium janë eksportuar në vende dhe rajone të shumta si Shtetet e Bashkuara dhe Japonia.

Një tjetër kategori kryesore e materialeve lazerike të iterbiumit është qelqi lazer. Janë zhvilluar syze të ndryshme lazerike me prerje tërthore me emetim të lartë, duke përfshirë teluritin e germaniumit, niobatin e silicit, boratin dhe fosfatin. Për shkak të lehtësisë së derdhjes së qelqit, ai mund të prodhohet në madhësi të mëdha dhe ka karakteristika të tilla si transmetim i lartë i dritës dhe uniformitet i lartë, duke bërë të mundur prodhimin e lazerëve me fuqi të lartë. Qelqi lazer i njohur i tokës së rrallë dikur përdorej kryesisht.neodimiqelqi, i cili ka një histori zhvillimi mbi 40 vjeçare dhe teknologji të përparuar prodhimi dhe aplikimi. Ai ka qenë gjithmonë materiali i preferuar për pajisjet lazer me fuqi të lartë dhe është përdorur në pajisjet eksperimentale të bashkimit bërthamor dhe armët lazer. Pajisjet lazer me fuqi të lartë të ndërtuara në Kinë, të përbëra nga lazerneodimiQelqi si mediumi kryesor lazer, ka arritur nivelin e përparuar në botë. Por qelqi neodymium me lazer tani përballet me një sfidë të fuqishme nga qelqi iterbium me lazer.

Në vitet e fundit, një numër i madh studimesh kanë treguar se shumë veti të qelqit lazer iterbiumit i tejkalojnë ato tëneodimiqelqi. Për shkak të faktit se lumineshenca e dopuar me iterbium ka vetëm dy nivele energjie, efikasiteti i ruajtjes së energjisë është i lartë. Me të njëjtin fitim, qelqi i iterbiumit ka një efikasitet të ruajtjes së energjisë 16 herë më të lartë se qelqi i neodimit dhe një jetëgjatësi fluoreshence 3 herë më të lartë se qelqi i neodimit. Ai gjithashtu ka avantazhe të tilla si përqendrimi i lartë i dopimit, gjerësia e brezit të absorbimit dhe mund të pompohet direkt nga gjysmëpërçuesit, duke e bërë atë shumë të përshtatshëm për lazerët me fuqi të lartë. Megjithatë, zbatimi praktik i qelqit lazer të iterbiumit shpesh mbështetet në ndihmën e neodimit, siç është përdorimi i Nd3+ si një sensibilizues për ta bërë qelqin lazer të iterbiumit të funksionojë në temperaturën e dhomës dhe emetimi i lazerit μ arrihet në gjatësinë e valës m. Pra, iterbiumi dhe neodimi janë si konkurrentë ashtu edhe partnerë bashkëpunues në fushën e qelqit lazer.

Duke rregulluar përbërjen e qelqit, mund të përmirësohen shumë veti lumineshente të qelqit lazer të iterbiumit. Me zhvillimin e lazerëve me fuqi të lartë si drejtimi kryesor, lazerët e bërë nga qelqi lazer iterbiumit përdoren gjithnjë e më gjerësisht në industrinë moderne, bujqësinë, mjekësinë, kërkimin shkencor dhe aplikimet ushtarake.

Përdorimi ushtarak: Përdorimi i energjisë së gjeneruar nga bashkimi bërthamor si energji ka qenë gjithmonë një qëllim i pritur, dhe arritja e bashkimit të kontrolluar bërthamor do të jetë një mjet i rëndësishëm për njerëzimin për të zgjidhur problemet e energjisë. Qelqi lazer i dopuar me iterbium po bëhet materiali i preferuar për arritjen e përmirësimeve të bashkimit inercial të kufizimit (ICF) në shekullin e 21-të për shkak të performancës së tij të shkëlqyer me lazer.

Armët lazer përdorin energjinë e madhe të një rrezeje lazeri për të goditur dhe shkatërruar objektivat, duke gjeneruar temperatura prej miliarda gradësh Celsius dhe duke sulmuar drejtpërdrejt me shpejtësinë e dritës. Ato mund të quhen Nadana dhe kanë vdekshmëri të madhe, veçanërisht të përshtatshme për sistemet moderne të armëve të mbrojtjes ajrore në luftë. Performanca e shkëlqyer e qelqit lazer të dopuar me iterbium e ka bërë atë një material bazë të rëndësishëm për prodhimin e armëve lazer me fuqi dhe performancë të lartë.

Lazeri me fibra është një teknologji e re në zhvillim e sipër dhe gjithashtu i përket fushës së aplikimeve të qelqit me lazer. Lazeri me fibra është një lazer që përdor fibrat si medium lazeri, i cili është një produkt i kombinimit të fibrave dhe teknologjisë lazer. Është një teknologji e re lazeri e zhvilluar në bazë të teknologjisë së amplifikatorit me fibra të dopuar me erbium (EDFA). Një lazer me fibra përbëhet nga një diodë lazeri gjysmëpërçues si burim pompe, një valëpërçues me fibra optike dhe një medium fitimi, dhe komponentë optikë siç janë fibrat dhe bashkuesit e rrjetës. Nuk kërkon rregullim mekanik të rrugës optike, dhe mekanizmi është kompakt dhe i lehtë për t'u integruar. Krahasuar me lazerët tradicionalë në gjendje të ngurtë dhe lazerët gjysmëpërçues, ai ka avantazhe teknologjike dhe të performancës siç janë cilësia e rrezes së lartë, stabiliteti i mirë, rezistenca e fortë ndaj ndërhyrjeve mjedisore, pa rregullim, pa mirëmbajtje dhe strukturë kompakte. Për shkak të faktit se jonet e dopuar janë kryesisht Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, të cilat të gjitha përdorin fibra të rralla të tokës si medium fitimi, lazeri me fibra i zhvilluar nga kompania mund të quhet edhe një lazer me fibra të rralla të tokës.

Zbatimi i lazerit: Lazeri me fibra të veshura dyfish me fuqi të lartë i dopuar me iterbium është bërë një fushë e nxehtë në teknologjinë e lazerit në gjendje të ngurtë në nivel ndërkombëtar vitet e fundit. Ai ka avantazhet e cilësisë së mirë të rrezes, strukturës kompakte dhe efikasitetit të lartë të konvertimit, dhe ka perspektiva të gjera aplikimi në përpunimin industrial dhe fusha të tjera. Fibrat e dopuara dyfish me iterbium janë të përshtatshme për pompimin me lazer gjysmëpërçues, me efikasitet të lartë çiftëzimi dhe fuqi të lartë dalëse të lazerit, dhe janë drejtimi kryesor i zhvillimit të fibrave të dopuara me iterbium. Teknologjia e fibrave të dopuara dyfish me iterbium të Kinës nuk është më në të njëjtin nivel me nivelin e përparuar të vendeve të huaja. Fibra e dopuar me iterbium, fibra e dopuar me iterbium të veshur dyfish dhe fibra e dopuar me erbium me iterbium të zhvilluara në Kinë kanë arritur nivelin e përparuar të produkteve të ngjashme të huaja në aspektin e performancës dhe besueshmërisë, kanë avantazhe në kosto dhe kanë teknologji thelbësore të patentuara për produkte dhe metoda të shumta.

Kompania gjermane e lazerëve IPG me famë botërore njoftoi së fundmi se sistemi i tyre i ri i lazerit me fibra të dopuar me iterbium ka karakteristika të shkëlqyera të rrezes, një jetëgjatësi pompimi mbi 50000 orë, një gjatësi vale të emetimit qendror prej 1070nm-1080nm dhe një fuqi dalëse deri në 20KW. Është aplikuar në saldim të imët, prerje dhe shpim shkëmbinjsh.

Materialet lazer janë thelbi dhe themeli për zhvillimin e teknologjisë lazer. Në industrinë e lazerëve gjithmonë ka ekzistuar një shprehje se "një brez materialesh, një brez pajisjesh". Për të zhvilluar pajisje lazeri të përparuara dhe praktike, është e nevojshme së pari të zotërohen materiale lazeri me performancë të lartë dhe të integrohen teknologji të tjera përkatëse. Kristalet lazer të dopuar me iterbium dhe qelqi lazer, si forca e re e materialeve lazer të ngurta, po promovojnë zhvillimin inovativ të komunikimit me fibra optike dhe teknologjisë lazer, veçanërisht në teknologjitë lazer të përparuara, siç janë lazerët e bashkimit bërthamor me fuqi të lartë, lazerët me pllaka beat me energji të lartë dhe lazerët e armëve me energji të lartë.

Përveç kësaj, iterbiumi përdoret gjithashtu si aktivizues pluhuri fluoreshent, qeramikë radioje, aditivë për komponentët e memories së kompjuterit elektronik (flluska magnetike) dhe aditivë të qelqit optik. Duhet theksuar se itriumi dhe itriumi janë të dy elementë të rrallë të tokës. Edhe pse ka dallime të konsiderueshme në emrat anglisht dhe simbolet e elementeve, alfabeti fonetik kinez ka të njëjtat rrokje. Në disa përkthime kineze, itriumi ndonjëherë quhet gabimisht itrium. Në këtë rast, duhet të gjurmojmë tekstin origjinal dhe të kombinojmë simbolet e elementeve për të konfirmuar.