마법의 희토류 원소: 이테르븀

이테르븀: 원자 번호 70, 원자량 173.04, 발견된 위치에서 유래된 원소 이름. 지각의 이테르븀 함량은 0.000266%이며 주로 인산염과 흑색 희귀 금 매장지에 존재합니다. 모나자이트의 함유량은 0.03%이며, 천연 동위원소는 7가지가 있습니다.

발견됨

작성자: 마리낙

시간: 1878년

위치: 스위스

1878년 스위스 화학자 Jean Charles와 G Marignac은 "에르븀"에서 새로운 희토류 원소를 발견했습니다. 1907년에 Ulban과 Weils는 Marignac이 산화 루테튬과 산화 이테르븀의 혼합물을 분리했음을 지적했습니다. 이트륨 광석이 발견된 스톡홀름 근처 Yteerby라는 작은 마을을 기념하여 이 새로운 원소의 이름은 Yb 기호와 함께 Ytterbium으로 명명되었습니다.

전자 구성

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

금속

금속 이테르븀은 은회색이고 연성이 있으며 부드러운 질감을 가지고 있습니다. 실온에서 이테르븀은 공기와 물에 의해 천천히 산화될 수 있습니다.

두 가지 결정 구조가 있습니다. α- 유형은 면 중심 입방 결정 시스템(실온 -798℃)입니다. β- 유형은 체심 입방체(798℃ 이상) 격자입니다. 녹는점 824 ℃, 끓는점 1427 ℃, 상대밀도 6.977(α-형), 6.54(β-형).

냉수에는 용해되지 않으며 산과 액체 암모니아에는 용해됩니다. 공중에서는 상당히 안정적입니다. 사마륨 및 유로뮴과 마찬가지로 이테르븀은 가변 원자가 희토류에 속하며 일반적으로 3가일 뿐만 아니라 양의 2가 상태일 수도 있습니다.

이러한 가변 원자가 특성으로 인해 금속 이테르븀의 제조는 전기분해 방식이 아닌 환원 증류법을 사용하여 제조 및 정제해야 합니다. 일반적으로 란타늄 금속은 이테르븀 금속의 높은 증기압과 란타늄 금속의 낮은 증기압의 차이를 이용하여 환원 증류를 위한 환원제로 사용됩니다. 대안적으로,툴륨, 이테르븀, 그리고루테튬농축액을 원료로 사용할 수 있으며,금속 란타늄환원제로 사용할 수 있습니다. >1100 ℃ 및 <0.133Pa의 고온 진공 조건에서 금속 이테르븀은 환원 증류를 통해 직접 추출될 수 있습니다. 사마륨이나 유로퓸과 마찬가지로 이테르븀도 습식 환원을 통해 분리, 정제할 수 있습니다. 일반적으로 툴륨, 이테르븀, 루테튬 정광이 원료로 사용됩니다. 용해 후 이터븀은 2가 상태로 환원되어 특성에 큰 차이를 가져온 다음 다른 3가 희토류와 분리됩니다. 고순도 생산이테르븀 산화물일반적으로 추출 크로마토그래피 또는 이온 교환 방법으로 수행됩니다.

애플리케이션

특수합금 제조에 사용됩니다. 이테르븀 합금은 야금 및 화학 실험을 위해 치과 의학에 적용되었습니다.

최근 몇 년 동안 이테르븀은 광섬유 통신 및 레이저 기술 분야에서 등장하고 빠르게 발전했습니다.

"정보 고속도로"의 건설 및 개발로 인해 컴퓨터 네트워크 및 장거리 광섬유 전송 시스템은 광통신에 사용되는 광섬유 재료의 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 이테르븀 이온은 뛰어난 스펙트럼 특성으로 인해 에르븀, 툴륨과 마찬가지로 광통신용 섬유 증폭 재료로 사용될 수 있습니다. 희토류 원소인 에르븀은 여전히 ​​광섬유 증폭기를 준비하는 주요 요소이지만 기존의 에르븀 첨가 석영 섬유는 이득 대역폭(30nm)이 작아 고속 및 고용량 정보 전송 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. Yb3+이온은 980nm 부근에서 Er3+이온보다 흡수 단면적이 훨씬 더 큽니다. Yb3+의 감광 효과와 에르븀과 이테르븀의 에너지 전달을 통해 1530nm 빛이 크게 향상되어 빛의 증폭 효율이 크게 향상됩니다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 에르븀 이테르븀 공동 도핑 인산염 유리를 점점 더 선호하고 있습니다. 인산염 및 불화인산염 유리는 화학적 및 열적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 넓은 적외선 투과율과 큰 불균일 확장 특성을 갖고 있어 광대역 및 고이득 에르븀 첨가 증폭 섬유 유리에 이상적인 재료입니다. Yb3+ 도핑된 광섬유 증폭기는 전력 증폭 및 소신호 증폭을 달성할 수 있으므로 광섬유 센서, 자유 공간 레이저 통신 및 초단 펄스 증폭과 같은 분야에 적합합니다. 중국은 현재 세계 최대의 단일 채널 용량과 가장 빠른 속도의 광전송 시스템을 구축했으며 세계에서 가장 넓은 정보 고속도로를 보유하고 있습니다. 이테르븀(Ytterbium) 도핑 및 기타 희토류 도핑 파이버 증폭기 및 레이저 재료는 여기서 매우 중요하고 중요한 역할을 합니다.

이터븀의 스펙트럼 특성은 레이저 결정체, 레이저 유리, 파이버 레이저 등 고품질 레이저 재료로도 사용됩니다. 고출력 레이저 재료인 이터븀 도핑 레이저 결정은 이터븀 도핑 이트륨 알루미늄 가넷(Yb: YAG), 이터븀 도핑 가돌리늄 갈륨 가넷(Yb: GGG), 이터븀 도핑 칼슘 플루오로포스페이트(Yb: FAP)를 비롯한 거대한 시리즈를 형성했습니다. , 이테르븀 도핑된 스트론튬 플루오로포스페이트(Yb: S-FAP), 이터븀 도핑된 이트륨 바나데이트(Yb: YV04), 이터븀 도핑된 붕산염 및 규산염. 반도체 레이저(LD)는 고체 레이저를 위한 새로운 유형의 펌프 소스입니다. Yb: YAG는 고출력 LD 펌핑에 적합한 많은 특성을 갖고 있어 고출력 LD 펌핑용 레이저 소재로 자리 잡았습니다. Yb: S-FAP 결정은 향후 레이저 핵융합용 레이저 재료로 활용될 수도 있어 주목받고 있다. 조정 가능한 레이저 결정에는 2.84~3.05 μ 범위의 파장을 갖는 크롬 이터븀 홀뮴 이트륨 알루미늄 갈륨 가넷(Cr, Yb, Ho: YAGG)이 있습니다. m 사이에서 지속적으로 조정 가능합니다. 통계에 따르면 전 세계 미사일에 사용되는 대부분의 적외선 탄두는 3~5μ를 사용합니다. 따라서 Cr, Yb, Ho: YSGG 레이저의 개발은 중적외선 유도무기 대응에 효과적인 간섭을 제공할 수 있으며 군사적으로 중요한 의미를 갖습니다. 중국은 이터븀 첨가 레이저 결정(Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP 등) 분야에서 국제 선진 수준의 일련의 혁신적인 성과를 달성했으며 결정 성장, 레이저 고속, 펄스, 지속적이고 조정 가능한 출력. 연구 성과는 국방, 산업, 과학공학 분야에 응용되었으며, 이터븀 도핑 결정 제품은 미국, 일본 등 여러 국가와 지역으로 수출되었습니다.

이테르븀 레이저 재료의 또 다른 주요 범주는 레이저 유리입니다. 게르마늄 텔루라이트, 니오브산 규소, 붕산염 및 인산염을 포함한 다양한 고방출 단면 레이저 유리가 개발되었습니다. 유리 성형이 용이하여 큰 사이즈로 제작이 가능하고, 높은 광투과율, 높은 균일성 등의 특성을 가지고 있어 고출력 레이저 제작이 가능합니다. 친숙한 희토류 레이저 유리는 주로 네오디뮴 유리였으며 40년 이상의 개발 역사와 성숙한 생산 및 응용 기술을 보유하고 있습니다. 이는 항상 고출력 레이저 장치에 선호되는 재료였으며 핵융합 실험 장치 및 레이저 무기에 사용되었습니다. 레이저 네오디뮴 유리를 주요 레이저 매질로 하는 중국에서 생산된 고출력 레이저 장치는 이미 세계 첨단 수준에 도달했습니다. 그러나 레이저 네오디뮴 유리는 이제 레이저 이테르븀 유리의 강력한 도전에 직면해 있습니다.

최근 몇 년 동안 많은 연구에 따르면 레이저 이테르븀 유리의 많은 특성이 네오디뮴 유리의 특성을 초과하는 것으로 나타났습니다. 이테르븀 도핑된 발광은 두 가지 에너지 레벨만 갖기 때문에 에너지 저장 효율이 높습니다. 동일한 이득에서 이테르븀 유리는 네오디뮴 유리보다 에너지 저장 효율이 16배 더 높고, 형광 수명은 네오디뮴 유리보다 3배 더 높습니다. 또한 높은 도핑 농도, 흡수 대역폭 등의 장점을 갖고 있으며, 반도체로 직접 펌핑할 수 있어 고출력 레이저에 매우 적합합니다. 그러나 이터븀 레이저 유리의 실제 적용은 Nd3+를 증감제로 사용하여 이터븀 레이저 유리가 실온에서 작동하고 μ 레이저 방출이 m 파장에서 달성되는 등 네오디뮴의 도움에 의존하는 경우가 많습니다. 따라서 이테르븀과 네오디뮴은 레이저 유리 분야의 경쟁자이자 협력 파트너입니다.

유리 조성을 조정함으로써 이터븀 레이저 유리의 여러 발광 특성을 향상시킬 수 있습니다. 고출력 레이저의 개발이 주요 방향으로 진행됨에 따라 이테르븀 레이저 유리로 만든 레이저는 현대 산업, 농업, 의학, 과학 연구 및 군사 응용 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

군사적 활용: 핵융합으로 생성된 에너지를 에너지로 사용하는 것은 항상 예상되는 목표였으며, 제어된 핵융합을 달성하는 것은 인류가 에너지 문제를 해결하는 중요한 수단이 될 것입니다. 이테르븀 도핑 레이저 유리는 뛰어난 레이저 성능으로 인해 21세기 관성밀폐융합(ICF) 업그레이드를 달성하는 데 선호되는 소재가 되고 있습니다.

레이저 무기는 레이저 빔의 막대한 에너지를 사용해 목표물을 타격하고 파괴하며, 수십억 도의 온도를 생성하고 빛의 속도로 직접 공격합니다. 그들은 나다나(Nadana)라고 불릴 수 있으며, 특히 전쟁에서 현대 대공 방어 무기 시스템에 적합한 높은 살상력을 가지고 있습니다. 이터븀 첨가 레이저 유리의 뛰어난 성능으로 인해 고출력, 고성능 레이저 무기 제조에 중요한 기본 재료가 되었습니다.

파이버 레이저는 빠르게 발전하는 신기술이며 레이저 유리 응용 분야에도 속합니다. 파이버 레이저(Fiber Laser)는 파이버(Fiber)를 레이저 매질로 사용하는 레이저로 파이버(Fiber)와 레이저 기술이 결합된 산물이다. EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​기술을 기반으로 개발된 새로운 레이저 기술입니다. 광섬유 레이저는 펌프 소스인 반도체 레이저 다이오드, 광섬유 도파관 및 이득 매체, 격자 섬유 및 커플러와 같은 광학 부품으로 구성됩니다. 광학 경로의 기계적 조정이 필요하지 않으며 메커니즘이 콤팩트하고 통합이 쉽습니다. 전통적인 고체 레이저 및 반도체 레이저와 비교하여 높은 빔 품질, 우수한 안정성, 환경 간섭에 대한 강한 저항성, 조정 없음, 유지 관리 없음 및 컴팩트한 구조와 같은 기술 및 성능 이점이 있습니다. 도핑된 이온은 주로 Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3이며 모두 희토류 섬유를 이득 매체로 사용하기 때문에 회사에서 개발한 광섬유 레이저는 또한 희토류 파이버 레이저라고 불립니다.

레이저 응용: 고출력 이테르븀 도핑 이중 클래드 파이버 레이저는 최근 몇 년 동안 국제적으로 고체 레이저 기술의 뜨거운 분야가 되었습니다. 이는 우수한 빔 품질, 컴팩트한 구조 및 높은 변환 효율이라는 장점을 갖고 있으며 산업 가공 및 기타 분야에서 광범위한 적용 전망을 가지고 있습니다. 이중 클래드 이터븀 도핑 섬유는 높은 결합 효율과 높은 레이저 출력으로 반도체 레이저 펌핑에 적합하며 이터븀 도핑 파이버의 주요 개발 방향입니다. 중국의 이중 클래드 이터븀 도핑 섬유 기술은 더 이상 외국의 선진 수준과 동등하지 않습니다. 중국에서 개발된 이터븀 도핑 섬유, 이중 클래드 이터븀 도핑 파이버, 에르븀 이터븀 공동 도핑 파이버는 성능 및 신뢰성 측면에서 유사한 외국 제품의 고급 수준에 도달했으며 비용 이점이 있으며 여러 제품 및 방법에 대한 핵심 특허 기술을 보유하고 있습니다. .

세계적으로 유명한 독일 IPG 레이저 회사는 최근 새로 출시된 이터븀 도핑 파이버 레이저 시스템이 탁월한 빔 특성, 50000시간 이상의 펌프 수명, 1070nm-1080nm의 중심 방출 파장 및 최대 20KW의 출력 전력을 갖추고 있다고 발표했습니다. 이는 정밀 용접, 절단 및 암석 드릴링에 적용되었습니다.

레이저 소재는 레이저 기술 발전의 핵심이자 기반입니다. 레이저 업계에서는 '1세대의 재료, 1세대의 장치'라는 말이 늘 있어왔습니다. 첨단화되고 실용적인 레이저 소자를 개발하려면 먼저 고성능 레이저 소재의 보유와 관련 기술의 융합이 필요하다. 고체 레이저 소재의 새로운 강자인 이테르븀 도핑 레이저 결정과 레이저 유리는 특히 고출력 핵융합 레이저, 고에너지 비트 등 첨단 레이저 기술 분야에서 광섬유 통신 및 레이저 기술의 혁신적인 발전을 촉진하고 있습니다. 타일 ​​레이저, 고에너지 무기 레이저.

또한 이터븀은 형광 분말 활성화제, 라디오 세라믹, 전자 컴퓨터 메모리 부품(자기 기포)용 첨가제, 광학 유리 첨가제로도 사용됩니다. 이트륨과 이트륨은 모두 희토류 원소라는 점을 지적해야 합니다. 영어 이름과 요소 기호에는 상당한 차이가 있지만 중국어 발음 알파벳은 동일한 음절을 갖습니다. 일부 중국어 번역에서는 이트륨을 이트륨으로 잘못 부르는 경우가 있습니다. 이 경우 원본 텍스트를 추적하고 요소 기호를 결합하여 확인해야 합니다.