마법의 희토류 요소 : Ytterbium

이테르븀: 원자 번호 70, 원자 중량 173.04, 디스커버리 위치에서 파생 된 요소 이름. 빵 껍질에서 이테르비움의 함량은 0.000266%이며, 주로 인산염 및 검은 희귀 금 퇴적물에 존재합니다. 모나자이트의 내용은 0.03%이며 7 개의 자연 동위 원소가 있습니다.

발견

작성자 : Marinak

시간 : 1878

위치 : 스위스

1878 년 스위스 화학자 Jean Charles와 G Marignac은“Erbium”에서 새로운 희토류 요소를 발견했습니다. 1907 년에 Ulban과 Weils는 Marignac이 산화 루테 티움과 Ytterbium 산화물의 혼합물을 분리했다고 지적했다. Yttrium Ore가 발견 된 스톡홀름 근처의 Yteerby라는 작은 마을을 기리기 위해이 새로운 요소는 YB와 함께 Ytterbium으로 명명되었습니다.

전자 구성

전자 구성
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

금속

금속 ytterbium은은 회색이며 연성이며 부드러운 질감이 있습니다. 실온에서, 이테르비움은 공기와 물에 의해 천천히 산화 될 수있다.

두 가지 결정 구조가 있습니다 : α- 유형은 얼굴 중심 입방 결정 시스템 (실온 -798 ℃); β-이 유형은 차체 중심 입방 (798 ℃ 이상) 격자입니다. 용융점 824 8, 끓는점 1427 ℃, 상대 밀도 6.977 (α- 유형), 6.54 ° (β- 유형).

냉수에 불용성, 산 및 액체 암모니아에 가용성. 공중에서 상당히 안정적입니다. 사마륨 및 유로움과 유사하게, Ytterbium은 가변 원자가 희토류에 속하며, 일반적으로 곱셈뿐만 아니라 긍정적 인 이발 상태 일 수도 있습니다.

이 가변 원자가 특성으로 인해, 금속 ytterbium의 제조는 전기 분해에 의해 수행되어서는 아니라 제조 및 정제를위한 감소 증류 방법에 의해 수행되어야한다. 일반적으로, 란타늄 금속은 이테르비움 금속의 높은 증기압과 란타늄 금속의 낮은 증기압 사이의 차이를 이용하여 환원 증류를위한 환원제로 사용됩니다. 또는툴륨, 이테르븀, 그리고루테 티움농축 물은 원료로 사용될 수 있습니다금속 란타늄환원제로 사용할 수 있습니다. > 1100 ℃ 및 <0.133pa의 고온 진공 조건 하에서, 금속 이테르비움은 감소 증류에 의해 직접 추출 될 수있다. 사마륨 및 유로 륨과 마찬가지로, 이테르비움은 또한 습식 감소를 통해 분리되고 정제 될 수 있습니다. 일반적으로, 흉골, 이테르비움 및 루테 티움 농축 물은 원료로 사용됩니다. 해산 후, 이테르비움은 이발적 상태로 감소되어 특성이 상당한 차이를 일으킨 다음 다른 3 개 희토류로부터 분리된다. 고순도의 생산이테르비움 산화물일반적으로 추출 크로마토 그래피 또는 이온 교환 방법에 의해 수행됩니다.

애플리케이션

특수 합금 제조에 사용됩니다. 이테르비움 합금은 야금 및 화학 실험을 위해 치과 의학에 적용되었습니다.

최근 몇 년 동안 Ytterbium은 광섬유 통신 및 레이저 기술 분야에서 신속하게 개발되었습니다.

"정보 고속도로"의 구성 및 개발로 컴퓨터 네트워크 및 장거리 광섬유 전송 시스템은 광 통신에 사용되는 광섬유 재료의 성능에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다. 이테르비움 이온은 우수한 스펙트럼 특성으로 인해 Erbium 및 Thulium과 같은 광학적 통신을위한 섬유 증폭 재료로 사용될 수 있습니다. 희토류 원소 인 Erbium은 여전히 ​​섬유 증폭기 준비의 주요 플레이어이지만, 전통적인 Erbium 도핑 된 석영 섬유는 작은 이득 대역폭 (30nm)을 가지므로 고속 및 고용량 정보 전송의 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. YB3+이온은 약 980nm의 ER3+이온보다 훨씬 큰 흡수 단면을 갖는다. YB3+의 감작 효과 및 Erbium 및 Ytterbium의 에너지 전달을 통해 1530nm 광이 크게 향상되어 광의 증폭 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

최근 몇 년 동안, Erbium Ytterbium Co 도핑 된 포스페이트 유리는 연구원들에 의해 점점 더 좋아지고 있습니다. 포스페이트 및 플루오로 포스페이트 유리는 우수한 화학적 및 열 안정성뿐만 아니라 넓은 적외선 투과율 및 큰 불균일 한 확장 특성을 가지므로 광대역 및 고출력 에르브륨 도핑 증폭 섬유 유리에 이상적인 재료가됩니다. YB3+도핑 된 섬유 증폭기는 전력 증폭 및 소형 신호 증폭을 달성 할 수있어 광섬유 센서, 여유 공간 레이저 통신 및 매우 짧은 펄스 증폭과 같은 필드에 적합합니다. 중국은 현재 세계 최대의 단일 채널 용량과 가장 빠른 속도 광학 전송 시스템을 구축했으며 세계에서 가장 광범위한 정보 고속도로를 보유하고 있습니다. Ytterbium Doped 및 기타 희토류 도핑 된 섬유 증폭기 및 레이저 재료는 이에 결정적이고 중요한 역할을합니다.

Ytterbium의 스펙트럼 특성은 또한 레이저 결정, 레이저 유리 및 섬유 레이저로 고품질 레이저 재료로 사용됩니다. As a high-power laser material, ytterbium doped laser crystals have formed a huge series, including ytterbium doped yttrium aluminum garnet (Yb: YAG), ytterbium doped gadolinium gallium garnet (Yb: GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb: FAP), ytterbium doped strontium 플루오로 포스페이트 (YB : S-FAP), YTTERBIUM DOPED YTTRIUM VANADATE (YB : YV04), YTTERBIUM DOPED BORATE 및 규산염. 반도체 레이저 (LD)는 솔리드 스테이트 레이저를위한 새로운 유형의 펌프 소스입니다. YB : YAG는 고출력 LD 펌핑에 적합한 많은 특성을 가지고 있으며 고출력 LD 펌핑을위한 레이저 재료가되었습니다. YB : S-FAP 결정은 향후 레이저 핵 융합을위한 레이저 재료로 사용될 수 있으며, 이는 사람들의 관심을 끌었습니다. 조정 가능한 레이저 결정에는 2.84 내지 3.05 μ 사이의 파장을 갖는 크롬 Ytterbium holmium aluminum garnet (CR, YB, HO : YAGG)이 m 사이에 연속적으로 조절 될 수있다. 통계에 따르면, 전 세계 미사일에 사용되는 대부분의 적외선 탄두는 3-5 μ를 사용하므로 CR, YB, HO : YSGG 레이저의 개발은 중간 적외선 가이드 무기 대책에 효과적인 간섭을 제공 할 수 있으며 중요한 군사적 중요성을 가질 수 있습니다. 중국은 Ytterbium Doped Laser Crystals (YB : YAG, YB : FAP, YB : SFAP 등)에서 국제 고급 수준으로 일련의 혁신적인 결과를 달성하여 결정 성장 및 레이저 패스트, 펄스, 연속 및 조절 가능한 출력과 같은 주요 기술을 해결했습니다. 연구 결과는 국방, 산업 및 과학 공학에 적용되었으며, Ytterbium Doped Crystal 제품은 미국 및 일본과 같은 여러 국가 및 지역으로 수출되었습니다.

Ytterbium 레이저 재료의 또 다른 주요 범주는 레이저 유리입니다. 게르마늄 텔루 라이트, 실리콘 니오 베이트, 붕산염 및 포스페이트를 포함한 다양한 고 방출 단면 레이저 유리가 개발되었습니다. 유리 성형의 용이성으로 인해 큰 크기로 만들 수 있으며 높은 광 투과율 및 높은 균일 성과 같은 특성을 가지므로 고출력 레이저를 생성 할 수 있습니다. 친숙한 희토류 레이저 유리는 주로 네오디뮴 유리였으며 40 년이 넘는 개발 이력과 성숙한 생산 및 응용 기술이있었습니다. 그것은 항상 고출력 레이저 장치에 선호되는 재료였으며 핵 융합 실험 장치 및 레이저 무기에 사용되었습니다. 주요 레이저 매체로서 레이저 네오디뮴 유리로 구성된 중국에 내장 된 고출력 레이저 장치는 세계의 고급 수준에 도달했습니다. 그러나 레이저 네오디뮴 유리는 이제 레이저 Ytterbium Glass의 강력한 도전에 직면 해 있습니다.

최근 몇 년 동안, 많은 수의 연구에 따르면 많은 레이저 Ytterbium 유리의 특성이 네오디뮴 유리의 특성을 초과하는 것으로 나타났습니다. Ytterbium Doped 발광은 두 가지 에너지 수준 만 가지므로 에너지 저장 효율은 높기 때문입니다. 마찬가지로, Ytterbium Glass는 Neodymium Glass보다 16 배 높은 에너지 저장 효율 및 Neodymium Glass보다 3 배 높은 에너지 저장 효율을 갖습니다. 또한 높은 도핑 농도, 흡수 대역폭과 같은 장점이 있으며 반도체에 의해 직접 펌핑 될 수 있으므로 고출력 레이저에 매우 적합합니다. 그러나, Ytterbium 레이저 유리의 실제 적용은 종종 ND3+를 감광제로 사용하여 Ytterbium 레이저 유리를 실온에서 작동시키고 μ 레이저 방출이 M 파장에서 달성됩니다. 따라서 Ytterbium과 Neodymium은 레이저 유리 분야의 경쟁자이자 협력 파트너입니다.

유리 조성을 조정함으로써, Ytterbium 레이저 유리의 많은 발광 특성을 개선 할 수 있습니다. 고전력 레이저가 주요 방향으로 개발되면서 Ytterbium 레이저 유리로 만든 레이저는 현대 산업, 농업, 의학, 과학 연구 및 군사 응용 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

군사 사용 : 핵 융합에 의해 생성 된 에너지를 에너지로서 항상 예상되는 목표였으며, 통제 된 핵 융합을 달성하는 것은 인류가 에너지 문제를 해결하는 데 중요한 수단이 될 것입니다. Ytterbium 도핑 레이저 유리는 우수한 레이저 성능으로 인해 21 세기에 관성 감금 융합 (ICF) 업그레이드를 달성하는 데 선호되는 재료가되고 있습니다.

레이저 무기는 레이저 빔의 거대한 에너지를 사용하여 대상을 공격하고 파괴하여 섭씨 수십억 도의 온도를 생성하고 빛의 속도로 직접 공격합니다. 그것들은 나다 나 (Nadana)라고 불릴 수 있으며 치명적이 뛰어나고 특히 전쟁의 현대 항공 방어 무기 시스템에 적합합니다. Ytterbium Doped Laser Glass의 탁월한 성능으로 인해 고출력 및 고성능 레이저 무기를 제조하는 데 중요한 기본 재료가되었습니다.

파이버 레이저는 빠르게 발전하는 새로운 기술이며 레이저 유리 애플리케이션 분야에 속합니다. 광섬유 레이저는 섬유질 매체로 섬유를 사용하는 레이저이며, 이는 섬유 및 레이저 기술의 조합의 산물입니다. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​기술을 기반으로 개발 된 새로운 레이저 기술입니다. 광섬유 레이저는 펌프 소스, 광섬유 옵티컬 도파관 및 게인 매체 및 격자 섬유 및 커플러와 같은 광학 성분으로서 반도체 레이저 다이오드로 구성됩니다. 광학 경로의 기계적 조정이 필요하지 않으며 메커니즘은 작고 통합하기 쉽습니다. 전통적인 솔리드 스테이트 레이저 및 반도체 레이저와 비교할 때, 높은 빔 품질, 우수한 안정성, 환경 간섭에 대한 강한 저항, 조정 없음, 유지 보수 및 소형 구조와 같은 기술 및 성능 장점이 있습니다. 도핑 된 이온이 주로 ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3이라는 사실로 인해 희토류 섬유를 게인 매체로 사용하는데, 회사가 개발 한 섬유 레이저는 희토류 섬유 레이저라고도 할 수 있습니다.

레이저 응용 : 고전력 Ytterbium Doped Double Clad Fiber Laser는 최근 몇 년 동안 고체 레이저 기술에서 뜨거운 필드가되었습니다. 그것은 우수한 빔 품질, 소형 구조 및 높은 전환 효율의 장점을 가지고 있으며 산업 처리 및 기타 분야에서 광범위한 응용 전망을 보유하고 있습니다. 이중 클래드 Ytterbium 도핑 된 섬유는 반도체 레이저 펌핑에 적합하며, 높은 커플 링 효율 및 높은 레이저 출력 전력을 갖는 이테르비움 도핑 섬유의 주요 개발 방향입니다. 중국의 이중 클래드 Ytterbium Doped Fiber 기술은 더 이상 외국의 고급 수준과 동등하지 않습니다. Ytterbium Doped 섬유, 이중 클래드 Ytterbium 도핑 섬유 및 중국에서 개발 된 Erbium Ytterbium Co 도핑 광섬유는 성능 및 신뢰성 측면에서 유사한 외국 제품의 고급 수준에 도달했으며, 비용 장점이 있으며, 여러 제품 및 방법에 대한 핵심 특허 기술을 보유하고 있습니다.

세계적으로 유명한 독일 IPG 레이저 회사는 최근 새로 출시 된 Ytterbium Doped Fiber Laser 시스템이 우수한 빔 특성, 50000 시간 이상의 펌프 수명, 1070nm-1080nm의 중앙 방출 파장 및 최대 20kW의 출력 전력을 가지고 있다고 발표했습니다. 미세 용접, 절단 및 암석 시추에 적용되었습니다.

레이저 재료는 레이저 기술 개발의 핵심이자 기초입니다. 레이저 산업에는 항상 '1 세대 재료, 한 세대의 장치'라는 말이있었습니다. 고급 및 실용적인 레이저 장치를 개발하려면 먼저 고성능 레이저 재료를 보유하고 다른 관련 기술을 통합해야합니다. 고체 레이저 재료의 새로운 힘으로서 Ytterbium 도핑 레이저 결정 및 레이저 유리는 특히 광섬유 통신 및 레이저 기술의 혁신적인 개발, 특히 고압 핵 융합 레이저, 고 에너지 비트 타일 레이저 및 고 에너지 무기 레이저와 같은 최첨단 레이저 기술의 혁신적인 개발을 촉진하고 있습니다.

또한 Ytterbium은 형광 분말 활성화 제, 무선 세라믹, 전자 컴퓨터 메모리 구성 요소를위한 첨가제 (자기 기포) 및 광학 유리 첨가제로 사용됩니다. Yttrium과 Yttrium은 모두 희토류 요소임을 지적해야합니다. 영어 이름과 요소 기호에는 상당한 차이가 있지만 중국 발음 알파벳은 같은 음절을 가지고 있습니다. 일부 중국어 번역에서, 이트륨은 때때로 실수로 yttrium이라고도합니다. 이 경우 원래 텍스트를 추적하고 요소 기호를 결합하여 확인해야합니다.