იშვიათი დედამიწის მაგიური ელემენტი: იტერბიუმი

იტერბიუმი: ატომური ნომერი 70, ატომური წონა 173,04, ელემენტის სახელწოდება მიღებული მისი აღმოჩენის ადგილიდან. შინაარსიიტერბიუმიქერქში არის 0,000266%, ძირითადად წარმოდგენილია ფოსფორიტისა და შავი იშვიათი ოქროს საბადოებში, ხოლო მონაზიტის შემცველობა 0,03%-ია, 7 ბუნებრივი იზოტოპით.

ისტორიის აღმოჩენა

აღმოაჩინა: მარინაკმა

დრო: 1878 წ

ადგილმდებარეობა: შვეიცარია 

1878 წელს შვეიცარიელმა ქიმიკოსებმა ჟან ჩარლზმა და ჯი მარინიაკმა აღმოაჩინეს ახალი იშვიათი დედამიწის ელემენტი "ერბიუმში". 1907 წელს ულბანმა და ვეილსმა აღნიშნეს, რომ მარინიაკმა გამოყო ლუტეტიუმის ოქსიდისა და იტერბიუმის ოქსიდის ნარევი. სტოკჰოლმის მახლობლად მდებარე პატარა სოფლის სახელად Yteerby-ის ხსოვნისათვის, სადაც იტრიუმის საბადო აღმოაჩინეს, ამ ახალ ელემენტს დაარქვეს იტერბიუმი სიმბოლო Yb.

ელექტრონის კონფიგურაცია

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

მეტალი

მეტალის იტერბიუმიარის ვერცხლისფერი ნაცრისფერი, დრეკადი და აქვს რბილი ტექსტურა. ოთახის ტემპერატურაზე, იტერბიუმი შეიძლება ნელა იჟანგება ჰაერით და წყლით.

არსებობს ორი კრისტალური სტრუქტურა: α- ტიპი არის სახეზე ორიენტირებული კუბური კრისტალური სისტემა (ოთახის ტემპერატურა -798 ℃); β- ტიპი არის სხეულზე ორიენტირებული კუბური (798 ℃ ზემოთ) გისოსი. დნობის წერტილი 824 ℃, დუღილის წერტილი 1427 ℃, ფარდობითი სიმკვრივე 6,977 (α- ტიპი), 6,54 (β- ტიპი).

არ იხსნება ცივ წყალში, იხსნება მჟავებში და თხევად ამიაკში. ჰაერში საკმაოდ სტაბილურია. სამარიუმისა და ევროპიუმის მსგავსად, იტერბიუმი მიეკუთვნება ცვლადი ვალენტობის იშვიათ დედამიწას და ასევე შეიძლება იყოს დადებით ორვალენტიან მდგომარეობაში გარდა იმისა, რომ ჩვეულებრივ სამვალენტიანია.

ამ ცვლადი ვალენტური მახასიათებლის გამო, მეტალის იტერბიუმის მომზადება უნდა განხორციელდეს არა ელექტროლიზით, არამედ რედუქციური დისტილაციის მეთოდით მომზადებისა და გაწმენდისთვის. ჩვეულებრივ,ლანთანის მეტალიგამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი შემცირების დისტილაციისთვის, იტერბიუმის მეტალის მაღალი ორთქლის წნევასა და ლითონის ლანთანის დაბალი ორთქლის წნევას შორის სხვაობის გამოყენებით. ალტერნატიულად,თულიუმი, იტერბიუმი, დალუტეტიუმიკონცენტრატები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ნედლეული, ხოლო ლითონის ლანთანუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შემცირების აგენტი. მაღალი ტემპერატურის ვაკუუმის პირობებში > 1100 ℃ და <0,133 Pa, ლითონის იტერბიუმი შეიძლება უშუალოდ მოპოვებული იქნას შემცირების დისტილაციით. მოსწონსსამარიუმიდაევროპიუმი,იტერბიუმი ასევე შეიძლება გამოიყოს და გაიწმინდოს სველი რედუქციის გზით. ჩვეულებრივ, ნედლეულად გამოიყენება ტულიუმის, იტერბიუმის და ლუტეტიუმის კონცენტრატები. დაშლის შემდეგ, იტერბიუმი მცირდება ორვალენტიან მდგომარეობაში, რაც იწვევს თვისებებში მნიშვნელოვან განსხვავებებს და შემდეგ გამოეყოფა სხვა სამვალენტიანი იშვიათი მიწებისაგან. მაღალი სისუფთავის იტერბიუმის ოქსიდის წარმოება ჩვეულებრივ ხორციელდება ექსტრაქციის ქრომატოგრაფიით ან იონური გაცვლის მეთოდით.

განაცხადი

გამოიყენება სპეციალური შენადნობების დასამზადებლად.იტერბიუმის შენადნობებიგამოიყენება სტომატოლოგიურ მედიცინაში მეტალურგიულ და ქიმიურ ექსპერიმენტებში.

ბოლო წლებში იტერბიუმი გაჩნდა და სწრაფად განვითარდა ბოჭკოვანი კომუნიკაციისა და ლაზერული ტექნოლოგიის სფეროებში.

„ინფორმაციული გზატკეცილის“ მშენებლობასთან და განვითარებასთან ერთად, კომპიუტერულ ქსელებს და შორ მანძილზე ოპტიკურ ბოჭკოვან გადამცემ სისტემებს სულ უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვთ ოპტიკურ კომუნიკაციაში გამოყენებული ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მასალების მუშაობისთვის. იტერბიუმის იონები, მათი შესანიშნავი სპექტრული თვისებების გამო, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი მასალა ოპტიკური კომუნიკაციისთვის, ისევე როგორცერბიუმიდათულიუმი. მიუხედავად იმისა, რომ იშვიათი დედამიწის ელემენტი ერბიუმი კვლავ მთავარი მოთამაშეა ბოჭკოვანი გამაძლიერებლების მომზადებაში, ტრადიციული ერბიუმ-დოპირებული კვარცის ბოჭკოებს აქვთ მცირე გამტარუნარიანობა (30 ნმ), რაც ართულებს მაღალსიჩქარიანი და მაღალი სიმძლავრის ინფორმაციის გადაცემის მოთხოვნების დაკმაყოფილებას. Yb3+ იონებს აქვთ ბევრად უფრო დიდი შთანთქმის განივი, ვიდრე Er3+ იონები დაახლოებით 980 ნმ. Yb3+-ის სენსიბილიზაციის ეფექტის და ერბიუმის და იტერბიუმის ენერგიის გადაცემის საშუალებით, 1530 ნმ სინათლე შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს, რითაც მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება სინათლის გამაძლიერებელი ეფექტურობა.

ბოლო წლების განმავლობაში, ერბიუმ იტერბიუმთან ერთად დოპირებული ფოსფატის მინა სულ უფრო მეტად სარგებლობს მკვლევარების მიერ. ფოსფატისა და ფტორფოსფატის შუშებს აქვთ კარგი ქიმიური და თერმული სტაბილურობა, ასევე ფართო ინფრაწითელი გამტარობა და დიდი არაერთგვაროვანი გაფართოების მახასიათებლები, რაც მათ იდეალურ მასალად აქცევს ფართოზოლოვანი და მაღალი ერბიუმ-დოპირებული გამაძლიერებელი ბოჭკოვანი შუშისთვის. Yb3+ დოპირებული ბოჭკოვან გამაძლიერებლებს შეუძლიათ მიაღწიონ სიმძლავრის გაძლიერებას და მცირე სიგნალის გაძლიერებას, რაც მათ შესაფერისს გახდის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სენსორები, თავისუფალი სივრცის ლაზერული კომუნიკაცია და ულტრა მოკლე პულსის გაძლიერება. ჩინეთმა ამჟამად ააშენა მსოფლიოში ყველაზე დიდი ერთარხიანი სიმძლავრე და ყველაზე სწრაფი სიჩქარის ოპტიკური გადაცემის სისტემა და აქვს ყველაზე ფართო საინფორმაციო გზატკეცილი მსოფლიოში. იტერბიუმ-დოპირებული და სხვა იშვიათი მიწით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები და ლაზერული მასალები მათში გადამწყვეტ და მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ.

იტერბიუმის სპექტრული მახასიათებლები ასევე გამოიყენება როგორც მაღალი ხარისხის ლაზერული მასალები, როგორც ლაზერული კრისტალები, ლაზერული სათვალეები და ბოჭკოვანი ლაზერები. როგორც მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მასალა, იტერბიუმ-დოპირებული ლაზერული კრისტალები შექმნეს უზარმაზარი სერია, მათ შორის იტერბიუმ-დოპირებული.იტრიუმის ალუმინიბროწეული (Yb: YAG), დოპირებული იტერბიუმიგადოლინიუმიგალიუმის ბროწეული (Yb: GGG), იტერბიუმ-დოპირებული კალციუმის ფტორფოსფატი (Yb: FAP), იტერბიუმ-დოპირებული სტრონციუმის ფტორფოსფატი (Yb: S-FAP), იტერბიუმ-დოპირებული იტრიუმის ვანადატი (Yb: YV04), სიტერბიატეუმი და სიტერბიატი. ნახევარგამტარული ლაზერი (LD) არის ახალი ტიპის ტუმბოს წყარო მყარი მდგომარეობის ლაზერებისთვის. Yb: YAG-ს აქვს მრავალი მახასიათებელი, რომელიც შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის LD ტუმბოსთვის და გახდა ლაზერული მასალა მაღალი სიმძლავრის LD ტუმბოსთვის. Yb: S-FAP კრისტალი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ლაზერული მასალა ლაზერული ბირთვული შერწყმისთვის მომავალში, რამაც მიიპყრო ხალხის ყურადღება. რეგულირებად ლაზერულ კრისტალებში არის ქრომის იტერბიუმ ჰოლმიუმ იტრიუმ ალუმინის გალიუმის ბროწეული (Cr, Yb, Ho: YAGG) ტალღის სიგრძით 2,84-დან 3,05 μ-მდე, მუდმივად რეგულირებადი მ-ს შორის. სტატისტიკის მიხედვით, მსოფლიოში რაკეტებში გამოყენებული ინფრაწითელი ქობინების უმეტესობა იყენებს 3-5 μ. ამიტომ Cr, Yb, Ho: YSGG ლაზერების შემუშავებას შეუძლია ეფექტური ჩარევა უზრუნველყოს შუა ინფრაწითელი მართვადი იარაღის კონტრზომებზე და აქვს მნიშვნელოვანი სამხედრო მნიშვნელობა. ჩინეთმა მიაღწია ინოვაციური შედეგების სერიას საერთაშორისო მოწინავე დონეზე იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული კრისტალების სფეროში (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP და ა. უწყვეტი და რეგულირებადი გამომავალი. კვლევის შედეგები იქნა გამოყენებული ეროვნული თავდაცვის, მრეწველობისა და სამეცნიერო ინჟინერიაში, ხოლო იტერბიუმის დოპირებული ბროლის პროდუქტები ექსპორტირებულია მრავალ ქვეყანაში და რეგიონში, როგორიცაა შეერთებული შტატები და იაპონია.

იტერბიუმის ლაზერული მასალების კიდევ ერთი ძირითადი კატეგორიაა ლაზერული მინა. შემუშავებულია სხვადასხვა მაღალი ემისიის განივი ლაზერული სათვალე, მათ შორის გერმანიუმის ტელურიტი, სილიციუმის ნიობატი, ბორატი და ფოსფატი. შუშის ჩამოსხმის სიმარტივის გამო, მისი დამზადება შესაძლებელია დიდ ზომებად და აქვს ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა მაღალი სინათლის გამტარობა და მაღალი ერთგვაროვნება, რაც შესაძლებელს ხდის მაღალი სიმძლავრის ლაზერების წარმოებას. ადრე ძირითადად ნაცნობი იშვიათი დედამიწის ლაზერული მინა იყონეოდიმიმინა, რომელსაც აქვს 40 წელზე მეტი ხნის განვითარების ისტორია და მომწიფებული წარმოებისა და გამოყენების ტექნოლოგია. ის ყოველთვის იყო სასურველი მასალა მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მოწყობილობებისთვის და გამოიყენებოდა ბირთვული შერწყმის ექსპერიმენტულ მოწყობილობებში და ლაზერულ იარაღში. ჩინეთში აშენებული მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მოწყობილობა, რომელიც შედგება ლაზერისგანნეოდიმიმინა, როგორც მთავარი ლაზერული საშუალება, მიაღწია მსოფლიოს მოწინავე დონეს. მაგრამ ლაზერული ნეოდიმის მინა ახლა დგას ლაზერული იტერბიუმის მინისგან ძლიერი გამოწვევის წინაშე.

ბოლო წლებში უამრავმა კვლევამ აჩვენა, რომ ლაზერული იტერბიუმის შუშის მრავალი თვისება აღემატებანეოდიმიმინა. იმის გამო, რომ იტერბიუმის დოპირებული ლუმინესცენცია მხოლოდ ორი ენერგეტიკული დონეა, ენერგიის შენახვის ეფექტურობა მაღალია. ამავე მატებასთან ერთად, იტერბიუმის მინას აქვს ენერგიის შენახვის ეფექტურობა 16-ჯერ მეტი ვიდრე ნეოდიმიური მინა, და ფლუორესცენციის სიცოცხლის ხანგრძლივობა 3-ჯერ აღემატება ნეოდიმის მინას. მას ასევე აქვს ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა დოპინგის მაღალი კონცენტრაცია, შთანთქმის გამტარუნარიანობა და შეიძლება პირდაპირ გადატუმბოს ნახევარგამტარებით, რაც ძალიან შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის ლაზერებისთვის. თუმცა, იტერბიუმის ლაზერული შუშის პრაქტიკული გამოყენება ხშირად ეყრდნობა ნეოდიმის დახმარებას, მაგალითად, Nd3+, როგორც სენსიბილიზატორის გამოყენება, რათა იტერბიუმის ლაზერული მინა იმუშაოს ოთახის ტემპერატურაზე და μ ლაზერის ემისია მიიღწევა m ტალღის სიგრძეზე. ასე რომ, იტერბიუმი და ნეოდიმი არის როგორც კონკურენტები, ასევე ერთობლივი პარტნიორები ლაზერული მინის სფეროში.

შუშის შემადგენლობის კორექტირებით, იტერბიუმის ლაზერული მინის მრავალი ლუმინესცენტური თვისება შეიძლება გაუმჯობესდეს. მაღალი სიმძლავრის ლაზერების, როგორც მთავარი მიმართულების განვითარებით, იტერბიუმის ლაზერული მინისგან დამზადებული ლაზერები სულ უფრო ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ინდუსტრიაში, სოფლის მეურნეობაში, მედიცინაში, სამეცნიერო კვლევებსა და სამხედრო პროგრამებში.

სამხედრო გამოყენება: ბირთვული შერწყმის შედეგად წარმოქმნილი ენერგიის ენერგიად გამოყენება ყოველთვის იყო მოსალოდნელი მიზანი და კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმის მიღწევა კაცობრიობისთვის მნიშვნელოვანი საშუალება იქნება ენერგეტიკული პრობლემების გადასაჭრელად. იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული მინა ხდება სასურველი მასალა 21-ე საუკუნეში ინერციული შერწყმის (ICF) განახლების მისაღწევად, მისი შესანიშნავი ლაზერული მუშაობის გამო.

ლაზერული იარაღი იყენებს ლაზერის სხივის უზარმაზარ ენერგიას სამიზნეების დასარტყმელად და განადგურების მიზნით, წარმოქმნის მილიარდობით გრადუს ცელსიუს ტემპერატურას და პირდაპირ უტევს სინათლის სიჩქარით. მათ შეიძლება ეწოდოს ნადანა და აქვთ დიდი ლეტალური ძალა, განსაკუთრებით შესაფერისია თანამედროვე საჰაერო თავდაცვის სისტემებისთვის საომარ მოქმედებებში. იტერბიუმ-დოპირებული ლაზერული მინის შესანიშნავმა შესრულებამ მას მნიშვნელოვანი საბაზისო მასალა გახადა მაღალი სიმძლავრის და მაღალი ხარისხის ლაზერული იარაღის წარმოებისთვის.

ბოჭკოვანი ლაზერი არის სწრაფად განვითარებადი ახალი ტექნოლოგია და ასევე მიეკუთვნება ლაზერული მინის გამოყენების სფეროს. ბოჭკოვანი ლაზერი არის ლაზერი, რომელიც იყენებს ბოჭკოს, როგორც ლაზერულ საშუალებას, რომელიც არის ბოჭკოვანი და ლაზერული ტექნოლოგიის კომბინაციის პროდუქტი. ეს არის ახალი ლაზერული ტექნოლოგია, რომელიც შემუშავებულია ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის (EDFA) ტექნოლოგიის საფუძველზე. ბოჭკოვანი ლაზერი შედგება ნახევარგამტარული ლაზერული დიოდისგან, როგორც ტუმბოს წყაროს სახით, ბოჭკოვანი ტალღის გამტარი და გამაძლიერებელი საშუალება, და ოპტიკური კომპონენტები, როგორიცაა საცურაო ბოჭკოები და დამწყებლები. ის არ საჭიროებს ოპტიკური ბილიკის მექანიკურ რეგულირებას და მექანიზმი კომპაქტური და ადვილად ინტეგრირებადია. ტრადიციულ მყარი მდგომარეობის ლაზერებთან და ნახევარგამტარულ ლაზერებთან შედარებით, მას აქვს ტექნოლოგიური და შესრულების უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი სხივის ხარისხი, კარგი სტაბილურობა, ძლიერი წინააღმდეგობა გარემოს ჩარევის მიმართ, კორექტირების გარეშე, მოვლის გარეშე და კომპაქტური სტრუქტურა. გამომდინარე იქიდან, რომ დოპირებული იონები ძირითადად არის Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, ყველა მათგანი იყენებს იშვიათ დედამიწის ბოჭკოებს, როგორც მოსაპოვებელ მედიას, კომპანიის მიერ შემუშავებული ბოჭკოვანი ლაზერი ასევე შეუძლია. ეწოდოს იშვიათი დედამიწის ბოჭკოვანი ლაზერი.

ლაზერის გამოყენება: მაღალი სიმძლავრის იტერბიუმის დოპირებული ორმაგი მოპირკეთებული ბოჭკოვანი ლაზერი გახდა ცხელი ველი მყარი მდგომარეობის ლაზერული ტექნოლოგიების საერთაშორისო დონეზე ბოლო წლებში. მას აქვს კარგი სხივის ხარისხის, კომპაქტური სტრუქტურისა და მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობის უპირატესობები და აქვს ფართო გამოყენების პერსპექტივები სამრეწველო დამუშავებასა და სხვა სფეროებში. ორმაგი მოპირკეთებული იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოები შესაფერისია ნახევარგამტარული ლაზერული ტუმბოსთვის, დაწყვილების მაღალი ეფექტურობითა და ლაზერის მაღალი გამომავალი სიმძლავრით და წარმოადგენს იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოების განვითარების ძირითად მიმართულებას. ჩინეთის ორმაგი მოპირკეთებული იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი ტექნოლოგია აღარ არის უცხო ქვეყნების მოწინავე დონეზე. იტერბიუმ-დოპირებული ბოჭკო, ორმაგი დაფარული იტერბიუმ-დოპირებული ბოჭკო და ერბიუმ-იტერბიუმის კოდოპირებული ბოჭკო, რომელიც განვითარდა ჩინეთში, მიაღწია მსგავსი უცხოური პროდუქტების მოწინავე დონეს შესრულების და საიმედოობის თვალსაზრისით, აქვს ღირებულების უპირატესობები და აქვს ძირითადი დაპატენტებული ტექნოლოგიები მრავალი პროდუქტისა და მეთოდისთვის. .

მსოფლიოში ცნობილმა გერმანულმა IPG ლაზერულმა კომპანიამ ცოტა ხნის წინ გამოაცხადა, რომ მათ ახლად გაშვებულ იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი ლაზერული სისტემა აქვს სხივის შესანიშნავი მახასიათებლები, ტუმბოს სიცოცხლე 50000 საათზე მეტი, ცენტრალური ემისიის ტალღის სიგრძე 1070 ნმ-1080 ნმ და გამომავალი სიმძლავრე 20 კვტ-მდე. იგი გამოიყენება წვრილი შედუღების, ჭრისა და კლდის ბურღვის დროს.

ლაზერული მასალები არის ბირთვი და საფუძველი ლაზერული ტექნოლოგიის განვითარებისთვის. ლაზერულ ინდუსტრიაში ყოველთვის იყო გამონათქვამი, რომ "ერთი თაობის მასალები, ერთი თაობის მოწყობილობები". მოწინავე და პრაქტიკული ლაზერული მოწყობილობების შესაქმნელად, პირველ რიგში, საჭიროა მაღალი ხარისხის ლაზერული მასალების ფლობა და სხვა შესაბამისი ტექნოლოგიების ინტეგრირება. იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული კრისტალები და ლაზერული მინა, როგორც მყარი ლაზერული მასალების ახალი ძალა, ხელს უწყობს ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციისა და ლაზერული ტექნოლოგიის ინოვაციურ განვითარებას, განსაკუთრებით უახლესი ლაზერული ტექნოლოგიების, როგორიცაა მაღალი სიმძლავრის ბირთვული შერწყმის ლაზერები, მაღალი ენერგიის დარტყმა. კრამიტის ლაზერები და მაღალი ენერგიის იარაღის ლაზერები.

გარდა ამისა, იტერბიუმი ასევე გამოიყენება როგორც ფლუორესცენტური ფხვნილის აქტივატორი, რადიოკერამიკა, დანამატები ელექტრონული კომპიუტერის მეხსიერების კომპონენტებისთვის (მაგნიტური ბუშტები) და ოპტიკური მინის დანამატები. უნდა აღინიშნოს, რომ იტრიუმი და იტრიუმი დედამიწის იშვიათი ელემენტებია. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს მნიშვნელოვანი განსხვავებები ინგლისურ სახელებსა და ელემენტის სიმბოლოებში, ჩინურ ფონეტიკურ ანბანს აქვს იგივე შრიფტები. ზოგიერთ ჩინურ თარგმანში იტრიუმს ზოგჯერ შეცდომით იტრიუმს უწოდებენ. ამ შემთხვევაში, ჩვენ უნდა მივაკვლიოთ ორიგინალურ ტექსტს და გავაერთიანოთ ელემენტის სიმბოლოები დასადასტურებლად.