عنصر الأرض النادر السحري: ytterbium

ytterbium: الرقم الذري 70 ، الوزن الذري 173.04 ، اسم العنصر المشتق من موقع الاكتشاف. محتوى ytterbium في القشرة هو 0.000266 ٪ ، وذلك أساسا في رواسب الذهب النادرة الفوسفوري والأسود. المحتوى في مونازيت هو 0.03 ٪ ، وهناك 7 نظائر طبيعية

اكتشف

بقلم: ماريناك

الوقت: 1878

الموقع: سويسرا

في عام 1878 ، اكتشف الكيميائيون السويسريون جان تشارلز و G Marignac عنصر أرضي نادر جديد في "Erbium". في عام 1907 ، أشار Ulban و Weils إلى أن Marignac فصل مزيجًا من أكسيد اللوتيتيوم وأكسيد Ytterbium. في ذكرى القرية الصغيرة المسمى Yteerby بالقرب من ستوكهولم ، حيث تم اكتشاف خام Yttrium ، تم تسمية هذا العنصر الجديد Ytterbium مع الرمز YB.

تكوين الإلكترون

تكوين الإلكترون
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

معدن

Ytterbium المعدني هو رمادي فضية ، دكتايل ، وله نسيج ناعم. في درجة حرارة الغرفة ، يمكن أن يتأكسد ytterbium ببطء عن طريق الهواء والماء.

هناك نوعان من الهياكل البلورية: α- النوع هو نظام بلوري مكعب يركز على الوجه (درجة حرارة الغرفة -798 ℃) ؛ β- النوع هو شعرية مكعب تركز على الجسم (فوق 798 ℃). نقطة الانصهار 824 ℃ ، نقطة الغليان 1427 ℃ ، الكثافة النسبية 6.977 （نوع α-) ، 6.54 （نوع β-).

غير قابل للذوبان في الماء البارد ، قابل للذوبان في الأحماض والأمونيا السائلة. إنه مستقر تمامًا في الهواء. على غرار الساماريوم واليوروبيوم ، ينتمي ytterbium إلى الأرض المتغيرة النادرة ، ويمكن أن يكون أيضًا في حالة ثنائية ثنائية إيجابية بالإضافة إلى أن تكون ثلاثية الأبعاد.

نظرًا لهذه السمة المتغيرة للتكافؤ ، لا ينبغي إجراء تحضير Ytterbium المعدني عن طريق التحليل الكهربائي ، ولكن عن طريق تقليل طريقة التقطير للإعداد والتنقية. عادةً ما يتم استخدام المعدن اللانثانوم كعامل تقليل لتقطير التخفيف ، مع استخدام الفرق بين ضغط البخار العالي لمعادن ytterbium وضغط البخار المنخفض للمعادن اللانثانوم. بدلاً عن ذلك،ثوليوم ، ytterbium، واللوتيتيوميمكن استخدام المركزات كمواد خام ، ولانثانوم المعادنيمكن استخدامها كعامل تقليل. في ظل الظروف الفراغ عالية درجة الحرارة> 1100 ℃ و <0.133pa ، يمكن استخراج ytterbium المعدني مباشرة عن طريق تقطير التخفيض. مثل الساماريوم واليوروبيوم ، يمكن أيضًا فصل Ytterbium وتنقيته من خلال الحد من الرطب. عادة ، يتم استخدام المركزات الثوليوم ، و ytterbium ، و lutetium كمواد خام. بعد الذوبان ، يتم تقليل ytterbium إلى حالة ثنائية الثنائي ، مما يسبب اختلافات كبيرة في الخصائص ، ثم انفصل عن الأرض النادرة ثلاثية الأبعاد. إنتاج الرقص العاليأكسيد ytterbiumعادة ما يتم تنفيذها عن طريق الاستخراج اللوني أو طريقة التبادل الأيوني。

طلب

تستخدم لتصنيع السبائك الخاصة. تم تطبيق سبائك Ytterbium في طب الأسنان للتجارب المعدنية والكيميائية.

في السنوات الأخيرة ، ظهر Ytterbium وتطور بسرعة في مجالات الاتصالات البصرية الألياف وتكنولوجيا الليزر.

مع بناء وتطوير "طريق المعلومات السريع" ، فإن شبكات الكمبيوتر وأنظمة نقل الألياف البصرية للمسافة الطويلة لها متطلبات عالية بشكل متزايد لأداء مواد الألياف البصرية المستخدمة في الاتصال البصري. يمكن استخدام أيونات ytterbium ، بسبب خصائصها الطيفية الممتازة ، كمواد تضخيم الألياف للتواصل البصري ، تمامًا مثل الإربيوم والثوليوم. على الرغم من أن العنصر الأرضي النادر لا يزال اللاعب الرئيسي في إعداد مضخمات الألياف ، إلا أن ألياف الكوارتز التقليدية المزججة في Erbium لها عرض ترددي صغير (30NM) ، مما يجعل من الصعب تلبية متطلبات نقل المعلومات عالية السرعة وعالية السعة. تحتوي أيونات yb3+على مقطع عرضي امتصاص أكبر بكثير من أيونات ER3+حوالي 980 نانومتر. من خلال تأثير التوعية لـ YB3+ونقل الطاقة من erbium و ytterbium ، يمكن تعزيز ضوء 1530nm إلى حد كبير ، وبالتالي تحسين كفاءة تضخيم الضوء.

في السنوات الأخيرة ، كان الباحثون يفضلون على نحو متزايد من قِبل الزجاج الفوسفاتي الذي يتولى إيربيوم Ytterbium. تتميز نظارات الفوسفات والفلوروفوسفات بالاستقرار الكيميائي والحراري الجيد ، بالإضافة إلى نقل الأشعة تحت الحمراء الواسعة وخصائص توسيع كبيرة غير موحدة ، مما يجعلها مواد مثالية للنطاق العريض والمكاسب العالية من الألياف التضخمة. يمكن لمكبرات الصوت الألياف المخدرة YB3+تحقيق تضخيم الطاقة وتضخيم الإشارة الصغيرة ، مما يجعلها مناسبة للحقول مثل أجهزة استشعار الألياف البصرية ، والاتصال بالليزر المجاني ، وتضخيم النبض القصير للغاية. قامت الصين حاليًا ببناء أكبر قدرة في العالم في العالم وأسرع نظام نقل بصري سريع ، ولديه أوسع طريق سريع للمعلومات في العالم. تلعب ytterbium مخدر وغيرها من مضخمات الألياف المخدرة والمواد الليزرية دورًا مهمًا وهامًا فيها.

تُستخدم الخصائص الطيفية لـ Ytterbium أيضًا كمواد ليزر عالية الجودة ، سواء كبلورات ليزر ونظارات ليزر وليزر الألياف. كمواد ليزر عالية الطاقة ، شكلت بلورات الليزر المخدرة ytterbium سلسلة ضخمة ، بما في ذلك العقيق اليتتريوم المصنوع من ytterbium مخدر yttrium (YB: yag) فوسفات الفوسفات (YB: S-FAP) ، Ytterbium Doped Yttrium vanadate (YB: YV04) ، و Borate ytterbium DOPED ، والسيليكات. ليزر أشباه الموصلات (LD) هو نوع جديد من مصدر المضخة لليزر الحالة الصلبة. YB: لدى YAG العديد من الخصائص المناسبة لضخ LD عالي الطاقة وأصبحت مادة ليزر لضخ LD عالي الطاقة. YB: يمكن استخدام بلورة S-FAP كمواد ليزر للانصهار النووي الليزر في المستقبل ، والتي جذبت انتباه الناس. في بلورات الليزر القابلة للضبط ، يوجد كروم ytterbium holmium yttrium gallium garnet (CR ، YB ، HO: YAGG) مع أطوال موجية تتراوح من 2.84 إلى 3.05 ، قابلة للتعديل بشكل مستمر بين m. وفقًا للإحصائيات ، فإن معظم الرؤوس الحربية بالأشعة تحت الحمراء المستخدمة في الصواريخ في جميع أنحاء العالم تستخدم 3-5 μ وبالتالي ، فإن تطوير CR ، YB ، HO: YSGG يمكن أن يوفر تدخلًا فعالًا في التدابير المضادة للأسلحة الموجهة بالأشعة تحت الحمراء ، وله أهمية عسكرية مهمة. حققت الصين سلسلة من النتائج المبتكرة مع المستوى المتقدم الدولي في مجال بلورات الليزر المخدرة Ytterbium (YB: YAG ، YB: FAP ، YB: SFAP ، إلخ) ، وحل التقنيات الرئيسية مثل نمو البلورة والليزر السريع ، النبض ، المستمر ، والإنتاج القابل للتعديل. تم تطبيق نتائج البحث في الدفاع الوطني والصناعة والهندسة العلمية ، وتم تصدير منتجات Ytterbium المخدرة إلى بلدان ومناطق متعددة مثل الولايات المتحدة واليابان.

فئة رئيسية أخرى من مواد الليزر Ytterbium هي زجاج الليزر. تم تطوير العديد من نظارات الليزر عبر الانبعاثات العالية ، بما في ذلك Tellurite الجرمانيوم ، والسيليكون النيوبيت ، والبورات ، والفوسفات. نظرًا لسهولة صب الزجاج ، يمكن تحويلها إلى أحجام كبيرة ولديها خصائص مثل إرسال الضوء العالي والتوحيد العالي ، مما يجعل من الممكن إنتاج الليزر عالي الطاقة. كان زجاج ليزر الأرض النادر المألوف هو زجاج النيوديميوم بشكل أساسي ، والذي يبلغ تاريخ تطوير أكثر من 40 عامًا وتكنولوجيا الإنتاج والتطبيق الناضجة. لقد كانت دائمًا المادة المفضلة للأجهزة الليزر عالية الطاقة وقد تم استخدامها في الأجهزة التجريبية للانصهار النووي وأسلحة الليزر. وصلت أجهزة الليزر عالية الطاقة التي تم بناؤها في الصين ، والتي تتكون من زجاج النيوديميوم بالليزر كوسيلة ليزر رئيسية ، إلى المستوى المتقدم في العالم. لكن Laser Neodymium Glass يواجه الآن تحديًا قويًا من زجاج الليزر Ytterbium.

في السنوات الأخيرة ، أظهر عدد كبير من الدراسات أن العديد من خصائص زجاج الليزر Ytterbium يتجاوز خصائص زجاج Neodymium. نظرًا لحقيقة أن اللمعان المخدر Ytterbium له مستويان للطاقة فقط ، فإن كفاءة تخزين الطاقة عالية. على نفس المكسب ، يتمتع Ytterbium Glass بكفاءة تخزين الطاقة أعلى 16 مرة من زجاج النيوديميوم ، وعمر مضان 3 أضعاف الزجاج النيوديميوم. كما أن لديها مزايا مثل تركيز المنشطات العالية ، وعرض نطاق الامتصاص ، ويمكن ضخه مباشرة بواسطة أشباه الموصلات ، مما يجعلها مناسبة للغاية للليزر عالي الطاقة. ومع ذلك ، فإن التطبيق العملي لزجاج ليزر Ytterbium غالبًا ما يعتمد على مساعدة النيوديميوم ، مثل استخدام ND3+كمحسس لجعل زجاج الليزر Ytterbium يعمل في درجة حرارة الغرفة ويتم تحقيق انبعاث ليزر في الطول الموجي. لذلك ، فإن Ytterbium و Neodymium منافسين وشركاء تعاونيين في مجال زجاج الليزر.

عن طريق ضبط التكوين الزجاجي ، يمكن تحسين العديد من خصائص الزجاج الليزر Ytterbium. مع تطور الليزر عالي الطاقة باعتباره الاتجاه الرئيسي ، تستخدم الليزر المصنوعة من زجاج الليزر Ytterbium على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والزراعة والطب والبحث العلمي والتطبيقات العسكرية.

الاستخدام العسكري: استخدام الطاقة الناتجة عن الانصهار النووي كطاقة كانت دائمًا هدفًا متوقعًا ، وسيكون تحقيق الانصهار النووي الخاضع للرقابة وسيلة مهمة للإنسانية لحل مشاكل الطاقة. أصبح زجاج الليزر المخدر Ytterbium هو المادة المفضلة لتحقيق ترقيات اندماج الحبار بالقصور الذاتي (ICF) في القرن الحادي والعشرين بسبب أدائها بالليزر الممتاز.

تستخدم أسلحة الليزر الطاقة الهائلة لحزمة الليزر لضرب وتدمير الأهداف ، وتوليد درجات حرارة مليارات الدرجات المئوية والهجوم مباشرة بسرعة الضوء. يمكن الإشارة إليها باسم Nadana ولديها فتكات كبيرة ، وخاصة مناسبة لأنظمة الأسلحة الجوية الحديثة في الحرب. جعل الأداء الممتاز لزجاج الليزر المخدر Ytterbium أنه مادة أساسية مهمة لتصنيع أسلحة الليزر عالية الأداء وعالي الأداء.

Fiber Laser عبارة عن تقنية جديدة تطور بسرعة وتنتمي أيضًا إلى مجال تطبيقات زجاج الليزر. ليزر الألياف هو ليزر يستخدم الألياف كوسيط ليزر ، وهو نتاج مزيج من تقنية الألياف والليزر. إنها تقنية ليزر جديدة تم تطويرها على أساس تقنية مضخم الألياف المخدر (EDFA). يتكون ليزر الألياف من الصمام الثنائي ليزر أشباه الموصلات كمصدر للمضخة ، ومدليل ​​موجة بصري من الألياف ومكونات مكاسب ، ومكونات بصرية مثل الألياف المسبقة والمقاولات. لا يتطلب تعديلًا ميكانيكيًا للمسار البصري ، والآلية مضغوطة وسهلة الاندماج. بالمقارنة مع الليزر التقليدي للدولة الصلبة وليزر أشباه الموصلات ، فإنه يتمتع بمزايا تكنولوجية وأداء مثل جودة الحزمة العالية ، والاستقرار الجيد ، والمقاومة القوية للتداخل البيئي ، وعدم تعديل ، ولا صيانة ، وهيكل مضغوط. نظرًا لحقيقة أن الأيونات المخدرة هي بشكل أساسي ، فإن Yb+3 ، Er+3 ، Tm+3 ، Ho+3 ، وكلها تستخدم ألياف أرضية نادرة كوسائط مكاسب ، يمكن أيضًا تسمية ليزر الألياف التي طورتها الشركة ليزر ألياف أرضية نادرة.

تطبيق الليزر: أصبح الليزر ذو الألياف المزدوجة ذات الطاقة العالية من الطاقة حقلًا ساخنًا في تكنولوجيا الليزر في الحالة الصلبة دوليًا في السنوات الأخيرة. لديها مزايا جودة الحزمة الجيدة ، والهيكل المدمج ، وكفاءة التحويل العالية ، ولديها آفاق تطبيق واسعة في المعالجة الصناعية وغيرها من المجالات. الألياف المزدوجة المغطاة بالترتيب ، هي مناسبة لضخ ليزر أشباه الموصلات ، مع كفاءة اقتران عالية وطاقة إخراج الليزر العالية ، وهي الاتجاه الرئيسي للتطوير للألياف المخدرة Ytterbium. لم تعد تقنية الألياف المزدوجة في الصين التي يرتدونها في الصين على قدم المساواة مع المستوى المتقدم للدول الأجنبية. لقد وصلت الألياف المخدرة Ytterbium ، والألياف المزدوجة Ytterbium المخدرة ، وألياف erbium ytterbium المشتركة التي تم تطويرها في الصين إلى المستوى المتقدم من المنتجات الأجنبية المماثلة من حيث الأداء والموثوقية ، ولديها مزايا من حيث التكلفة ، ولها تقنيات أساسية لبراءات الاختراع لمزيد من المنتجات والأساليب.

أعلنت شركة ليزر IPG الألمانية ذات الشهرة العالمية مؤخرًا أن نظام ليزر الألياف الألياف الذي تم إطلاقه حديثًا يمتد حديثًا عن خصائص شعاع ممتازة ، وعمر مضخة تزيد عن 50000 ساعة ، وطول موجة انبعاث مركزي يبلغ 1070 نانومتر -1080 نانومتر ، وقوة إخراج تصل إلى 20 كيلو واط. تم تطبيقه في اللحام الرفيع والقطع وحفر الصخور.

مواد الليزر هي الأساسية والأساس لتطوير تكنولوجيا الليزر. كان هناك دائمًا قول في صناعة الليزر أن "جيل واحد من المواد ، جيل واحد من الأجهزة". لتطوير أجهزة الليزر المتقدمة والعملية ، من الضروري أولاً امتلاك مواد ليزر عالية الأداء ودمج التقنيات الأخرى ذات الصلة. تعزز بلورات الليزر المخدرة Ytterbium وزجاج الليزر ، حيث أن القوة الجديدة للمواد الليزرية الصلبة ، تعزز التطور المبتكر للاتصالات البصرية الألياف وتكنولوجيا الليزر ، وخاصة في تقنيات الليزر المتطورة مثل الليزر ذات الأسلحة النووية عالية الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام Ytterbium أيضًا كمنشط مسحوق الفلورسنت ، والسيراميك الراديوي ، والإضافات لمكونات ذاكرة الكمبيوتر الإلكترونية (الفقاعات المغناطيسية) ، والإضافات الزجاجية البصرية. تجدر الإشارة إلى أن Yttrium و Yttrium كلاهما عناصر أرضية نادرة. على الرغم من وجود اختلافات كبيرة في الأسماء الإنجليزية ورموز العناصر ، إلا أن الأبجدية الصينية الصينية لها نفس المقاطع. في بعض الترجمات الصينية ، يشار إلى Yttrium في بعض الأحيان عن طريق الخطأ باسم Yttrium. في هذه الحالة ، نحتاج إلى تتبع النص الأصلي ودمج رموز العناصر للتأكيد.