이테르븀: 원자번호 70, 원자량 173.04, 원소명은 발견지에서 따옴. 원소의 함량이테르븀지각에는 0.000266%가 들어 있으며 주로 인광석과 검은 희토류 금 광상에 존재하는 반면, 모나자이트의 함량은 0.03%이며 7가지 천연 동위 원소가 함유되어 있습니다.
역사의 발견
발견자: 마리낙
시간: 1878년
위치: 스위스
1878년 스위스 화학자 장 샤를과 G. 마리냑은 "에르븀"에서 새로운 희토류 원소를 발견했습니다. 1907년, 울반과 바일스는 마리냑이 산화루테튬과 산화이테르븀의 혼합물을 분리했다는 사실을 발견했습니다. 이트륨 광석이 발견된 스톡홀름 근처의 작은 마을 위테르비(Yteerby)를 기리기 위해 이 새로운 원소의 원소 기호는 Yb인 이테르븀(Ytterbium)으로 명명되었습니다.
전자 배열
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
금속
금속 이테르븀은회색이며, 연성이 있고 부드러운 질감을 가지고 있습니다. 실온에서 이터븀은 공기와 물에 의해 천천히 산화될 수 있습니다.
결정 구조는 두 가지가 있습니다. α형은 면심입방 결정계(실온 -798℃)이고, β형은 체심입방 결정계(실온 798℃ 이상)입니다. 녹는점은 824℃, 끓는점은 1427℃이며, 상대 밀도는 6.977(α형), 6.54(β형)입니다.
찬물에는 녹지 않고, 산과 액체 암모니아에는 녹습니다. 공기 중에서는 매우 안정합니다. 사마륨이나 유로퓸과 마찬가지로 이테르븀은 희토류 원소의 가변 원자가에 속하며, 보통 3가일 뿐만 아니라 양성 2가 상태일 수도 있습니다.
이러한 가변적인 원자가 특성으로 인해, 금속 이터븀의 제조는 전기분해가 아닌 환원 증류법을 사용하여 제조 및 정제해야 합니다. 일반적으로,란탄 금속이터븀 금속의 높은 증기압과 란탄 금속의 낮은 증기압의 차이를 이용하여 환원 증류의 환원제로 사용됩니다. 또는,툴륨, 이테르븀, 그리고루테튬정광을 원료로 사용할 수 있으며, 금속 란탄은 환원제로 사용할 수 있습니다. 1100℃ 이상, 0.133Pa 미만의 고온 진공 조건에서는 환원 증류를 통해 금속 이터븀을 직접 추출할 수 있습니다.사마륨그리고유로퓸,이터븀은 습식 환원을 통해서도 분리 및 정제할 수 있습니다. 일반적으로 툴륨, 이터븀, 루테튬 정광이 원료로 사용됩니다. 용해 후 이터븀은 2가 상태로 환원되어 특성에 상당한 차이를 초래하며, 이후 다른 3가 희토류 원소와 분리됩니다. 고순도 이터븀 산화물은 일반적으로 추출 크로마토그래피 또는 이온 교환법을 통해 생산됩니다.
애플리케이션
특수 합금을 제조하는 데 사용됩니다.이터븀 합금치과학에서 야금학 및 화학 실험을 위해 적용되었습니다.
최근 몇 년 동안 이터븀은 광섬유 통신 및 레이저 기술 분야에서 등장하여 급속히 발전했습니다.
"정보 고속도로"의 건설 및 개발로 인해 컴퓨터 네트워크와 장거리 광섬유 전송 시스템은 광통신에 사용되는 광섬유 재료의 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 이터븀 이온은 뛰어난 분광 특성을 가지고 있어 광통신용 광섬유 증폭 재료로 사용될 수 있습니다.에르븀그리고툴륨희토류 원소인 에르븀이 여전히 광섬유 증폭기 제조에 주요 역할을 하지만, 기존의 에르븀 도핑 석영 광섬유는 이득 대역폭이 30nm로 작아 고속 및 대용량 정보 전송 요건을 충족하기 어렵습니다. Yb3+ 이온은 980nm 부근에서 Er3+ 이온보다 훨씬 큰 흡수 단면적을 갖습니다. Yb3+의 감응 효과와 에르븀 및 이터븀의 에너지 전달을 통해 1530nm 파장의 빛을 크게 증폭시켜 빛의 증폭 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
최근 몇 년 동안 에르븀 이터븀(Erbium Ytterbium) 공액 도핑된 인산염 유리(Phosphate Glass)가 연구자들에게 점점 더 선호되고 있습니다. 인산염 및 불소인산염 유리는 우수한 화학적 및 열적 안정성과 넓은 적외선 투과율, 그리고 큰 불균일 확장 특성을 가지고 있어 광대역 및 고이득 에르븀 도핑 증폭 유리 섬유에 이상적인 소재입니다. Yb3+ 도핑된 광섬유 증폭기는 전력 증폭과 소신호 증폭을 모두 구현할 수 있어 광섬유 센서, 자유 공간 레이저 통신, 초단 펄스 증폭과 같은 분야에 적합합니다. 중국은 현재 세계 최대 단일 채널 용량과 가장 빠른 속도의 광 전송 시스템을 구축했으며, 세계에서 가장 넓은 정보 고속도로를 보유하고 있습니다. 이터븀 도핑 및 기타 희토류 도핑된 광섬유 증폭기와 레이저 소재는 이러한 기술 발전에 중요한 역할을 합니다.
이터븀의 분광 특성은 레이저 결정, 레이저 유리, 파이버 레이저 등 고품질 레이저 재료로도 사용됩니다. 고출력 레이저 재료로서 이터븀 도핑 레이저 결정은 이터븀 도핑 레이저 결정을 포함하여 다양한 시리즈를 형성해 왔습니다.이트륨 알루미늄가넷(Yb:YAG), 이터븀 도핑가돌리늄갈륨 가닛(Yb: GGG), 이터븀 도핑 칼슘 플루오로인산염(Yb: FAP), 이터븀 도핑 스트론튬 플루오로인산염(Yb: S-FAP), 이터븀 도핑 이트륨 바나데이트(Yb: YV04), 이터븀 도핑 붕산염, 그리고 실리케이트 등이 있습니다. 반도체 레이저(LD)는 고체 레이저를 위한 새로운 유형의 펌프 소스입니다. Yb: YAG는 고출력 LD 펌핑에 적합한 여러 특성을 가지고 있어 고출력 LD 펌핑용 레이저 소재로 자리 잡았습니다. Yb: S-FAP 결정은 향후 레이저 핵융합용 레이저 소재로 사용될 가능성이 있어 많은 관심을 받고 있습니다. 가변 레이저 결정에는 2.84~3.05μm의 파장 범위를 가진 크롬, 이터븀, 홀뮴, 이트륨, 알루미늄, 갈륨 가닛(Cr, Yb, Ho: YAGG)이 있으며, m 사이에서 연속적으로 조절 가능합니다. 통계에 따르면 전 세계 미사일에 사용되는 적외선 탄두의 대부분은 3~5μm를 사용합니다. 따라서 Cr, Yb, Ho:YSGG 레이저 개발은 중적외선 유도 무기 대응책에 효과적인 간섭을 제공할 수 있으며 중요한 군사적 의의를 지닙니다. 중국은 이터븀 도핑 레이저 결정(Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP 등) 분야에서 국제적으로 선진 수준의 혁신적인 성과를 달성했으며, 결정 성장 및 레이저 고속, 펄스, 연속 및 가변 출력과 같은 핵심 기술을 해결했습니다. 연구 결과는 국방, 산업 및 과학기술 분야에 적용되었으며, 이터븀 도핑 결정 제품은 미국, 일본 등 여러 국가 및 지역에 수출되었습니다.
이터븀 레이저 재료의 또 다른 주요 범주는 레이저 유리입니다. 게르마늄 텔루라이트, 실리콘 니오베이트, 붕산염, 인산염을 포함한 다양한 고방출 단면 레이저 유리가 개발되었습니다. 유리 성형이 용이하여 대형화할 수 있고, 높은 광투과율과 높은 균일성과 같은 특성을 가지고 있어 고출력 레이저 제작이 가능합니다. 익숙한 희토류 레이저 유리는 이전에는 주로네오디뮴40년 이상의 개발 역사와 성숙한 생산 및 응용 기술을 보유한 유리는 고출력 레이저 소자에 선호되는 소재였으며, 핵융합 실험 장치와 레이저 무기에 사용되어 왔습니다. 중국에서 개발된 고출력 레이저 소자는 레이저네오디뮴유리를 주요 레이저 매질로 사용하는 기술은 이미 세계 최고 수준에 도달했습니다. 하지만 레이저 네오디뮴 유리는 이제 레이저 이터븀 유리의 강력한 도전에 직면해 있습니다.
최근 몇 년 동안 많은 연구에서 레이저 이터비움 유리의 많은 특성이 기존 유리의 특성을 능가한다는 사실이 밝혀졌습니다.네오디뮴유리. 이터븀 도핑 발광은 두 개의 에너지 준위만 가지기 때문에 에너지 저장 효율이 높습니다. 같은 이득에서 이터븀 유리는 네오디뮴 유리보다 에너지 저장 효율이 16배 높고, 형광 수명은 네오디뮴 유리의 3배입니다. 또한 높은 도핑 농도, 흡수 대역폭, 반도체 직접 펌핑 등의 장점을 가지고 있어 고출력 레이저에 매우 적합합니다. 그러나 이터븀 레이저 유리의 실제 응용은 종종 네오디뮴의 도움에 의존합니다. 예를 들어, Nd3+를 증감제로 사용하여 이터븀 레이저 유리를 실온에서 작동시키고 μ 레이저 방출을 m 파장에서 달성합니다. 따라서 이터븀과 네오디뮴은 레이저 유리 분야에서 경쟁자이자 협력 파트너입니다.
유리 조성을 조절함으로써 이터븀 레이저 유리의 여러 발광 특성을 향상시킬 수 있습니다. 고출력 레이저 개발을 주요 방향으로 삼아, 이터븀 레이저 유리로 제작된 레이저는 현대 산업, 농업, 의학, 과학 연구 및 군사 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
군사적 용도: 핵융합으로 생성된 에너지를 에너지로 사용하는 것은 항상 기대되는 목표였으며, 제어된 핵융합을 달성하는 것은 인류가 에너지 문제를 해결하는 중요한 수단이 될 것입니다. 이터븀 도핑 레이저 유리는 뛰어난 레이저 성능 덕분에 21세기 관성밀폐핵융합(ICF) 업그레이드를 위한 주요 소재로 각광받고 있습니다.
레이저 무기는 레이저 빔의 엄청난 에너지를 이용하여 표적을 타격하고 파괴하며, 수십억 도의 온도를 생성하고 빛의 속도로 직접 공격합니다. 나다나(Nadana)라고 불리는 이 무기는 강력한 살상력을 자랑하며, 특히 현대전에서 사용되는 방공 무기 체계에 적합합니다. 이터븀 도핑 레이저 유리는 탁월한 성능으로 고출력 및 고성능 레이저 무기 제조에 중요한 기반 소재로 자리 잡았습니다.
파이버 레이저는 빠르게 발전하는 신기술이며, 레이저 유리 응용 분야에 속합니다. 파이버 레이저는 파이버를 레이저 매질로 사용하는 레이저로, 파이버와 레이저 기술을 결합한 제품입니다. EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier) 기술을 기반으로 개발된 새로운 레이저 기술입니다. 파이버 레이저는 펌프 광원인 반도체 레이저 다이오드, 광섬유 도파관, 이득 매질, 그리고 격자 파이버 및 커플러와 같은 광학 부품으로 구성됩니다. 광 경로의 기계적 조정이 필요 없으며, 메커니즘이 작고 집적하기 쉽습니다. 기존의 고체 레이저 및 반도체 레이저와 비교할 때, 파이버 레이저는 높은 빔 품질, 우수한 안정성, 환경 간섭에 대한 강한 내성, 조정 및 유지보수 불필요, 그리고 소형 구조와 같은 기술적 및 성능적 이점을 제공합니다. 도핑된 이온이 주로 희토류 파이버를 이득 매질로 사용하는 Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3이기 때문에, 이 회사에서 개발한 파이버 레이저는 희토류 파이버 레이저라고도 불립니다.
레이저 응용: 고출력 이터븀 도핑 이중 클래드 광섬유 레이저는 최근 몇 년 동안 국제적으로 고체 레이저 기술 분야에서 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 우수한 빔 품질, 콤팩트한 구조, 높은 변환 효율이라는 장점을 가지고 있으며, 산업 가공 및 기타 분야에서 폭넓은 응용 전망을 가지고 있습니다. 이중 클래드 이터븀 도핑 광섬유는 높은 결합 효율과 높은 레이저 출력을 가진 반도체 레이저 펌핑에 적합하며, 이터븀 도핑 광섬유의 주요 개발 방향입니다. 중국의 이중 클래드 이터븀 도핑 광섬유 기술은 더 이상 외국의 선진 수준에 미치지 못합니다. 중국에서 개발된 이터븀 도핑 광섬유, 이중 클래드 이터븀 도핑 광섬유, 에르븀 이터븀 공도핑 광섬유는 성능과 신뢰성 측면에서 외국 유사 제품의 선진 수준에 도달했으며, 비용 측면에서 우위를 점하고 있으며, 다양한 제품 및 방식에 대한 핵심 특허 기술을 보유하고 있습니다.
세계적으로 유명한 독일 IPG 레이저 회사는 최근 새롭게 출시된 이터븀 도핑 파이버 레이저 시스템이 뛰어난 빔 특성, 50,000시간 이상의 펌프 수명, 1070nm~1080nm의 중심 방출 파장, 그리고 최대 20kW의 출력을 제공한다고 발표했습니다. 이 시스템은 정밀 용접, 절단, 암석 시추 작업에 적용되어 왔습니다.
레이저 소재는 레이저 기술 발전의 핵심이자 기반입니다. 레이저 업계에서는 '소재는 한 세대, 소자는 한 세대'라는 말이 있습니다. 첨단 실용 레이저 소자를 개발하려면 고성능 레이저 소재를 확보하고 관련 기술을 접목해야 합니다. 고체 레이저 소재의 새로운 원동력인 이터븀 도핑 레이저 결정과 레이저 유리는 광섬유 통신 및 레이저 기술, 특히 고출력 핵융합 레이저, 고에너지 비트 타일 레이저, 고에너지 무기 레이저와 같은 최첨단 레이저 기술의 혁신적인 발전을 촉진하고 있습니다.
이터븀은 형광 분말 활성제, 라디오 세라믹, 전자 컴퓨터 메모리 부품 첨가제(자기 기포), 광학 유리 첨가제로도 사용됩니다. 이트륨과 이트륨은 모두 희토류 원소라는 점에 유의해야 합니다. 영어 이름과 원소 기호에는 상당한 차이가 있지만, 중국어 발음 기호는 음절이 같습니다. 일부 중국어 번역본에서는 이트륨을 이트륨으로 잘못 표기하는 경우가 있습니다. 이 경우, 원문을 따라가 원소 기호를 조합하여 확인해야 합니다.
게시 시간: 2023년 9월 13일