Կախարդական հազվագյուտ երկրային տարր՝ Իտերբիում

Իտերբիումատոմային համարը՝ 70, ատոմային քաշը՝ 173,04, տարրի անվանումը՝ ստացված նրա հայտնաբերման վայրից։ Իտերբիումի պարունակությունը ընդերքում կազմում է 0,000266%, հիմնականում առկա է ֆոսֆորիտների և սև հազվագյուտ ոսկու հանքավայրերում։ Մոնազիտի պարունակությունը կազմում է 0,03%, իսկ բնական իզոտոպները՝ 7

Հայտնաբերվել է

Հեղինակ՝ Մարինակ

Ժամանակը՝ 1878 թ

Գտնվելու վայրը՝ Շվեյցարիա

1878 թվականին շվեյցարացի քիմիկոսներ Ժան Չարլզը և Գ Մարինյակը «Էրբիում» հայտնաբերեցին հազվագյուտ հողային նոր տարր: 1907 թվականին Ուլբանը և Վեյլսը նշել են, որ Մարինյակը առանձնացրել է լյուտետիումի օքսիդի և իտերբիումի օքսիդի խառնուրդ։ Ի հիշատակ Ստոկհոլմի մերձակայքում գտնվող Yteerby անունով փոքրիկ գյուղի, որտեղ հայտնաբերվել է իտրիումի հանքաքար, այս նոր տարրը կոչվել է Yterbium՝ Yb խորհրդանիշով:

Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա

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

Մետաղ

Մետաղական իտերբիումը արծաթագույն մոխրագույն է, ճկուն և ունի փափուկ հյուսվածք։ Սենյակային ջերմաստիճանում իտերբիումը կարող է դանդաղորեն օքսիդանալ օդով և ջրով:

Գոյություն ունեն երկու բյուրեղային կառուցվածք. α- տեսակը դեմքի կենտրոնացված խորանարդ բյուրեղային համակարգ է (սենյակային ջերմաստիճանը -798 ℃); β- Տեսակը մարմնի կենտրոնացված խորանարդ (798 ℃-ից բարձր) վանդակ է: Հալման կետը՝ 824 ℃, եռման կետը՝ 1427 ℃, հարաբերական խտությունը՝ 6,977 (α- տեսակ), 6,54 (β- տեսակ)։

Չլուծվում է սառը ջրում, լուծվում է թթուներում և հեղուկ ամոնիակում։ Այն բավականին կայուն է օդում։ Սամարիումի և եվրոպիումի նման, իտերբիումը պատկանում է հազվագյուտ հողի փոփոխական վալենտային խմբին և կարող է լինել նաև դրական երկվալենտ վիճակում, բացի այն, որ սովորաբար եռավալենտ է:

Այս փոփոխական վալենտային բնութագրի պատճառով մետաղական իտտերբիումի պատրաստումը պետք է իրականացվի ոչ թե էլեկտրոլիզով, այլ պատրաստման և մաքրման համար ռեդուկցիոն թորման եղանակով: Սովորաբար, լանթան մետաղը օգտագործվում է որպես նվազեցնող նյութ՝ նվազեցնող թորման համար՝ օգտագործելով իտերբիումի մետաղի բարձր գոլորշու ճնշման և լանթանի մետաղի ցածր գոլորշու ճնշման միջև եղած տարբերությունը։ Որպես այլընտրանք,տուլիում, իտերբիում, ևլյուտեցիումխտանյութերը կարող են օգտագործվել որպես հումք, ևմետաղական լանթանկարող է օգտագործվել որպես նվազեցնող նյութ: Բարձր ջերմաստիճանի վակուումային պայմաններում> 1100 ℃ և <0,133 Պա, մետաղական իտերբիումը կարող է ուղղակիորեն արդյունահանվել ռեդուկցիոն թորման միջոցով: Ինչպես սամարիումը և եվրոպիումը, իտերբիումը նույնպես կարող է առանձնացվել և մաքրվել թաց ռեդուկցիայի միջոցով: Սովորաբար որպես հումք օգտագործվում են թուլիումի, իտերբիումի և լուտետիումի խտանյութեր։ Լուծվելուց հետո իտերբիումը վերածվում է երկվալենտ վիճակի՝ առաջացնելով հատկությունների զգալի տարբերություններ, այնուհետև առանձնանում է այլ եռարժեք հազվագյուտ հողերից։ Բարձր մաքրության արտադրությունիտերբիումի օքսիդսովորաբար իրականացվում է արդյունահանման քրոմատոգրաֆիայի կամ իոնափոխանակման եղանակով։

Դիմում

Օգտագործվում է հատուկ համաձուլվածքների արտադրության համար։ Իտերբիումի համաձուլվածքները կիրառվել են ատամնաբուժության մեջ մետալուրգիական և քիմիական փորձերի համար:

Վերջին տարիներին իտերբիումը առաջացել և արագ զարգացել է օպտիկամանրաթելային կապի և լազերային տեխնոլոգիայի ոլորտներում:

«Տեղեկատվական մայրուղու» կառուցման և զարգացման հետ մեկտեղ համակարգչային ցանցերը և հեռահար օպտիկամանրաթելային հաղորդման համակարգերն ավելի ու ավելի բարձր պահանջներ ունեն օպտիկական կապի մեջ օգտագործվող օպտիկամանրաթելային նյութերի աշխատանքի համար: Իտերբիումի իոնները, իրենց գերազանց սպեկտրային հատկությունների շնորհիվ, կարող են օգտագործվել որպես օպտիկամանրաթելային ուժեղացման նյութեր օպտիկական հաղորդակցության համար, ինչպես էրբիումը և թուլումը: Թեև հազվագյուտ հողային տարրը erbium-ը դեռևս հիմնական դերակատարն է մանրաթելային ուժեղացուցիչների պատրաստման մեջ, ավանդական էրբիումով ներծծված քվարցային մանրաթելերն ունեն փոքր թողունակություն (30 նմ), ինչը դժվարացնում է բարձր արագությամբ և մեծ հզորությամբ տեղեկատվության փոխանցման պահանջները: Yb3+իոններն ունեն շատ ավելի մեծ կլանման խաչմերուկ, քան Er3+իոնները մոտ 980 նմ: Yb3+-ի զգայունացման էֆեկտի և էրբիումի և իտերբիումի էներգիայի փոխանցման միջոցով 1530 նմ լույսը կարող է մեծապես ընդլայնվել՝ դրանով իսկ մեծապես բարելավելով լույսի ուժեղացման արդյունավետությունը:

Վերջին տարիներին erbium ytterbium co-doped ֆոսֆատ ապակին ավելի ու ավելի է օգտվում հետազոտողների կողմից: Ֆոսֆատ և ֆտորոֆոսֆատ ակնոցներն ունեն լավ քիմիական և ջերմային կայունություն, ինչպես նաև լայն ինֆրակարմիր հաղորդունակություն և մեծ ոչ միատեսակ ընդլայնման բնութագրեր, ինչը նրանց դարձնում է իդեալական նյութ լայնաշերտ և բարձր շահույթով էրբիումով դոպավորված ամպլիֆիկացնող մանրաթելային ապակու համար: Yb3+ դոպավորված օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչները կարող են հասնել հզորության ուժեղացման և փոքր ազդանշանի ուժեղացման՝ դրանք դարձնելով հարմար այնպիսի ոլորտների համար, ինչպիսիք են օպտիկամանրաթելային սենսորները, ազատ տարածության լազերային հաղորդակցությունը և ծայրահեղ կարճ իմպուլսային ուժեղացումը: Չինաստանը ներկայումս կառուցել է աշխարհի ամենամեծ մեկ ալիքի հզորությունը և ամենաարագ արագության օպտիկական փոխանցման համակարգը և ունի աշխարհի ամենալայն տեղեկատվական մայրուղին: Իտերբիումի դոպինգով և այլ հազվագյուտ հողային մանրաթելային ուժեղացուցիչներն ու լազերային նյութերը վճռորոշ և նշանակալի դեր են խաղում դրանցում:

Իտերբիումի սպեկտրային բնութագրերը օգտագործվում են նաև որպես բարձրորակ լազերային նյութեր, ինչպես լազերային բյուրեղներ, այնպես էլ լազերային ակնոցներ և մանրաթելային լազերներ։ Որպես բարձր հզորության լազերային նյութ, իտերբիումով լազերային բյուրեղները ձևավորել են հսկայական շարք, այդ թվում՝ իտերբիումով լիցքավորված իտտրիումի ալյումինե նռնաքար (Yb: YAG), իտերբիումով լիցքավորված գադոլինիումի գալլիում նռնաքար (Yb: GGG), իտերբիումով լիցքավորված կալցիումի ալյումինե նռնաքար (Yb: YAG) , իտերբիում դոպինգով ստրոնցիումի ֆտորոֆոսֆատ (Yb: S-FAP), իտերբիումով լիցքավորված իտրիումի վանադատ (Yb: YV04), իտերբիումով լիցքավորված բորատ և սիլիկատ: Կիսահաղորդչային լազերը (LD) պինդ վիճակում գտնվող լազերների համար պոմպի աղբյուրի նոր տեսակ է: Yb: YAG-ն ունի բազմաթիվ բնութագրեր, որոնք հարմար են բարձր հզորության LD պոմպման համար և դարձել է լազերային նյութ բարձր հզորության LD պոմպման համար: Yb. S-FAP բյուրեղը ապագայում կարող է օգտագործվել որպես լազերային նյութ լազերային միջուկային միաձուլման համար, ինչը գրավել է մարդկանց ուշադրությունը: Կարգավորվող լազերային բյուրեղներում կա քրոմ իտերբիում հոլմիում իտրիում ալյումինի գալիում նռնաքար (Cr, Yb, Ho: YAGG) ալիքի երկարություններով, որոնք տատանվում են 2,84-ից մինչև 3,05 μ Անընդհատ կարգավորելի մ-ի միջև: Վիճակագրության համաձայն, ամբողջ աշխարհում հրթիռներում օգտագործվող ինֆրակարմիր մարտագլխիկների մեծ մասը օգտագործում է 3-5 μ, հետևաբար, Cr, Yb, Ho: YSGG լազերների մշակումը կարող է արդյունավետ միջամտություն ապահովել միջին ինֆրակարմիր կառավարվող զենքի հակաքայլերի համար և ունի կարևոր ռազմական նշանակություն: Չինաստանը հասել է մի շարք նորարարական արդյունքների միջազգային առաջադեմ մակարդակով իտտերբիումով լազերային բյուրեղների ոլորտում (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP և այլն), լուծելով այնպիսի հիմնական տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են բյուրեղների աճը և լազերային արագությունը, իմպուլսային, շարունակական և կարգավորելի ելք: Հետազոտության արդյունքները կիրառվել են ազգային պաշտպանության, արդյունաբերության և գիտական ​​ճարտարագիտության մեջ, իսկ իտտերբիումով լիցքավորված բյուրեղային արտադրանքն արտահանվել է բազմաթիվ երկրներ և տարածաշրջաններ, ինչպիսիք են Միացյալ Նահանգները և Ճապոնիան:

Իտերբիումի լազերային նյութերի մեկ այլ հիմնական կատեգորիա է լազերային ապակին: Մշակվել են բարձր արտանետումների լայնակի կտրվածքով լազերային ակնոցներ, այդ թվում՝ գերմանիումի տելուրիտ, սիլիցիումի նիոբատ, բորատ և ֆոսֆատ: Ապակու ձուլման հեշտության շնորհիվ այն կարող է վերածվել մեծ չափերի և ունի այնպիսի բնութագրեր, ինչպիսիք են բարձր լույսի հաղորդունակությունը և բարձր միատեսակությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս արտադրել բարձր հզորության լազերներ: Ծանոթ հազվագյուտ հողային լազերային ապակիները հիմնականում նեոդիմումային ապակի էին, որն ունի ավելի քան 40 տարվա զարգացման պատմություն և հասուն արտադրության և կիրառման տեխնոլոգիա: Այն միշտ եղել է նախընտրելի նյութը բարձր հզորության լազերային սարքերի համար և օգտագործվել է միջուկային միաձուլման փորձարարական սարքերում և լազերային զենքերում: Չինաստանում կառուցված բարձր հզորության լազերային սարքերը, որոնք բաղկացած են լազերային նեոդիմումային ապակուց՝ որպես հիմնական լազերային միջավայր, հասել են համաշխարհային առաջադեմ մակարդակին։ Բայց լազերային նեոդիմումային ապակին այժմ կանգնած է լազերային իտերբիումային ապակիների հզոր մարտահրավերի առաջ:

Վերջին տարիներին մեծ թվով ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ լազերային իտտերբիումային ապակու շատ հատկություններ գերազանցում են նեոդիմումային ապակու հատկությունները: Շնորհիվ այն բանի, որ իտերբիումով լյումինեսցենցիան ունի էներգիայի միայն երկու մակարդակ, էներգիայի պահպանման արդյունավետությունը բարձր է: Միևնույն շահույթով, իտտերբիումային ապակին ունի էներգիայի պահպանման արդյունավետություն 16 անգամ ավելի բարձր, քան նեոդիմումային ապակին, և ֆլյուորեսցենտային կյանքի տևողությունը 3 անգամ գերազանցում է նեոդիմումային ապակին: Այն նաև ունի առավելություններ, ինչպիսիք են դոպինգի բարձր կոնցենտրացիան, կլանման թողունակությունը և կարող է ուղղակիորեն մղվել կիսահաղորդիչների կողմից, ինչը շատ հարմար է բարձր հզորության լազերների համար: Այնուամենայնիվ, իտերբիումի լազերային ապակու գործնական կիրառումը հաճախ հիմնվում է նեոդիմի օգնության վրա, օրինակ՝ օգտագործելով Nd3+ որպես զգայունացուցիչ, որպեսզի իտերբիումի լազերային ապակին աշխատի սենյակային ջերմաստիճանում, իսկ μ Լազերային արտանետումը ստացվում է m ալիքի երկարությամբ: Այսպիսով, իտտերբիումը և նեոդիմը և՛ մրցակիցներ, և՛ համագործակցող գործընկերներ են լազերային ապակիների ոլորտում:

Կարգավորելով ապակու բաղադրությունը՝ իտտերբիումի լազերային ապակու շատ լյումինեսցենտ հատկություններ կարող են բարելավվել: Բարձր հզորության լազերների՝ որպես հիմնական ուղղության մշակմամբ, իտտերբիումի լազերային ապակուց պատրաստված լազերներն ավելի ու ավելի լայնորեն օգտագործվում են ժամանակակից արդյունաբերության, գյուղատնտեսության, բժշկության, գիտական ​​հետազոտությունների և ռազմական կիրառություններում:

Ռազմական օգտագործում. միջուկային միաձուլման արդյունքում առաջացած էներգիան որպես էներգիա օգտագործելը միշտ եղել է ակնկալվող նպատակ, և վերահսկվող միջուկային միաձուլման հասնելը մարդկության համար կարևոր միջոց կլինի էներգետիկ խնդիրների լուծման համար: Իտերբիումով լազերային ապակին դառնում է նախընտրելի նյութը 21-րդ դարում իներցիոն սահմանափակման միաձուլման (ICF) արդիականացման համար՝ շնորհիվ իր լազերային գերազանց կատարողականության:

Լազերային զենքերը օգտագործում են լազերային ճառագայթի հսկայական էներգիան՝ թիրախներին հարվածելու և ոչնչացնելու համար՝ առաջացնելով միլիարդավոր աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճան և ուղղակիորեն հարձակվելով լույսի արագությամբ: Դրանք կարելի է անվանել Նադանա և ունեն մեծ մահաբերություն, հատկապես հարմար են ժամանակակից հակաօդային պաշտպանության զենքերի համակարգերի համար պատերազմի ժամանակ: Իտերբիումով լազերային ապակու գերազանց կատարումը այն դարձրել է կարևոր հիմնական նյութ բարձր հզորության և բարձր արդյունավետության լազերային զենքերի արտադրության համար:

Օպտիկամանրաթելային լազերը արագ զարգացող նոր տեխնոլոգիա է և նույնպես պատկանում է լազերային ապակու կիրառման ոլորտին: Օպտիկամանրաթելային լազերը լազեր է, որն օգտագործում է մանրաթելը՝ որպես լազերային միջավայր, որը մանրաթելերի և լազերային տեխնոլոգիաների համակցության արդյունք է: Սա նոր լազերային տեխնոլոգիա է, որը մշակվել է էրբիումի դոպինգով օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչի (EDFA) տեխնոլոգիայի հիման վրա։ Օպտիկամանրաթելային լազերը բաղկացած է կիսահաղորդչային լազերային դիոդից՝ որպես պոմպի աղբյուր, օպտիկամանրաթելային ալիքատարից և շահույթի միջավայրից, ինչպես նաև օպտիկական բաղադրիչներից, ինչպիսիք են ցանցաթելերը և միացնողները: Այն չի պահանջում օպտիկական ուղու մեխանիկական ճշգրտում, իսկ մեխանիզմը կոմպակտ է և հեշտ ինտեգրվող: Համեմատած ավանդական պինդ վիճակի լազերների և կիսահաղորդչային լազերների հետ, այն ունի տեխնոլոգիական և կատարողական առավելություններ, ինչպիսիք են ճառագայթի բարձր որակը, լավ կայունությունը, շրջակա միջավայրի միջամտության ուժեղ դիմադրությունը, առանց ճշգրտման, սպասարկման և կոմպակտ կառուցվածքի: Հաշվի առնելով այն հանգամանքը, որ դոպինգավորված իոնները հիմնականում Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3 են, որոնք բոլորն էլ օգտագործում են հազվագյուտ հողային մանրաթելեր որպես ձեռքբերման միջավայր, ընկերության կողմից մշակված մանրաթելային լազերը կարող է նաև. կոչվել հազվագյուտ հողային մանրաթելային լազեր:

Լազերային կիրառություն. Բարձր հզորության իտտերբիումով դոփավորված կրկնակի ծածկված մանրաթելային լազերը վերջին տարիներին միջազգային մակարդակով դարձել է պինդ վիճակի լազերային տեխնոլոգիայի թեժ դաշտ: Այն ունի ճառագայթների լավ որակի, կոմպակտ կառուցվածքի և փոխակերպման բարձր արդյունավետության առավելությունները և ունի կիրառման լայն հեռանկարներ արդյունաբերական վերամշակման և այլ ոլորտներում: Կրկնակի երեսպատված իտերբիումով դոպինգով մանրաթելերը հարմար են կիսահաղորդչային լազերային պոմպման համար, միացման բարձր արդյունավետությամբ և լազերային բարձր ելքային հզորությամբ, և հանդիսանում են իտտերբիումով ներկված մանրաթելերի զարգացման հիմնական ուղղությունը: Չինաստանի կրկնակի երեսպատված իտտերբիումով դոպավորված մանրաթելային տեխնոլոգիան այլևս չի համընկնում օտար երկրների առաջադեմ մակարդակի հետ: Չինաստանում մշակված իտտերբիումով դոփված մանրաթելը, կրկնակի ծածկված իտտերբիումով լիցքավորված մանրաթելը և էրբիում իտտերբիումի համադոպված մանրաթելը հասել են համանման արտասահմանյան արտադրանքի առաջադեմ մակարդակին՝ կատարողականի և հուսալիության առումով, ունեն ծախսային առավելություններ և ունեն բազմաթիվ ապրանքների և մեթոդների հիմնական արտոնագրված տեխնոլոգիաներ։ .

Գերմանական աշխարհահռչակ IPG լազերային ընկերությունը վերջերս հայտարարեց, որ իրենց նոր գործարկված իտտերբիումով լազերային օպտիկամանրաթելային լազերային համակարգը ունի գերազանց ճառագայթման բնութագրեր, պոմպի կյանքը ավելի քան 50000 ժամ, կենտրոնական արտանետման ալիքի երկարությունը 1070nm-1080nm և ելքային հզորությունը մինչև 20KW: Այն կիրառվում է նուրբ եռակցման, կտրման և քարերի հորատման մեջ:

Լազերային նյութերը լազերային տեխնոլոգիայի զարգացման հիմքն ու հիմքն են: Լազերային արդյունաբերության մեջ միշտ եղել է ասացվածք, որ «մեկ սերունդ նյութեր, մեկ սերունդ սարքեր»: Առաջատար և գործնական լազերային սարքեր մշակելու համար անհրաժեշտ է նախ ունենալ բարձր արդյունավետության լազերային նյութեր և ինտեգրել այլ համապատասխան տեխնոլոգիաներ: Իտերբիումով լազերային բյուրեղները և լազերային ապակին, որպես պինդ լազերային նյութերի նոր ուժ, նպաստում են օպտիկամանրաթելային կապի և լազերային տեխնոլոգիայի նորարարական զարգացմանը, հատկապես նորագույն լազերային տեխնոլոգիաներում, ինչպիսիք են միջուկային միաձուլման լազերները, բարձր էներգիայի բիթը: կղմինդր լազերներ և բարձր էներգիայի զենքի լազերներ:

Բացի այդ, իտերբիումը օգտագործվում է նաև որպես լյումինեսցենտ փոշի ակտիվացնող, ռադիոկերամիկա, էլեկտրոնային համակարգչային հիշողության բաղադրիչների հավելումներ (մագնիսական փուչիկներ) և օպտիկական ապակու հավելումներ։ Պետք է նշել, որ իտրիումը և իտրիումը երկուսն էլ հազվագյուտ հողային տարրեր են: Չնայած կան զգալի տարբերություններ անգլերեն անունների և տարրերի նշանների մեջ, չինական հնչյունական այբուբենն ունի նույն վանկերը: Որոշ չինական թարգմանություններում իտրիումը երբեմն սխալմամբ կոչվում է իտրիում։ Այս դեպքում մենք պետք է հետագծենք բնօրինակ տեքստը և միավորենք տարրերի նշանները՝ հաստատելու համար: