¿Para qué se utiliza el iterbio? ¿Algún químico puede decirme?

En 1878, los químicos suizos Jean Charles y G. de Nacre descubrieron un nuevo elemento de tierras raras en el erbio. Para conmemorar el pequeño pueblo llamado Yteerby cerca de Estocolmo donde se descubrió el mineral de itrio, el nuevo elemento recibió el nombre de iterbio, con el símbolo del elemento Yb y su traducción china "Yteerby".

Aunque el iterbio se sitúa detrás del tulio entre los elementos lantánidos, su abundancia en la corteza alcanza las 3,3 ppm, cifra que no sólo es superior a la del terbio, el holmio, el tulio, el lutecio y otras tierras raras medias y pesadas, sino incluso superior a la del europio. (2,2 ppm). El iterbio existe principalmente en minerales de tierras raras medianas y pesadas, como minerales iónicos de tierras raras, xenotima y mineral de oro Heishi, y tiene 7 isótopos naturales. En Xunwu, Jiangxi, el contenido de iterbio en las tierras raras es mayor que el de europio. En Longnan, el contenido de iterbio es aproximadamente 10 veces mayor que el de europio. Por lo tanto, el iterbio está relativamente enriquecido en elementos pesados ​​de tierras raras, lo que proporciona un determinado recurso. base para su desarrollo y aplicación.

El iterbio metálico es de color gris plateado, maleable y de textura suave. El iterbio se oxida lentamente con el aire y el agua a temperatura ambiente. Al igual que el samario y el europio, el iterbio es una tierra rara de valencia variable que puede estar en un estado trivalente positivo o en un estado divalente positivo. Debido a esta característica de valencia, no es adecuado preparar iterbio metálico mediante electrólisis en lugar de destilación reductora. El lantano metálico se utiliza generalmente como agente reductor, y la diferencia entre la alta presión de vapor del iterbio metálico y la baja presión de vapor del lantano metálico se utiliza para la destilación reductora. También es posible utilizar concentrado de tulio, iterbio y lutecio como materia prima, y ​​lantano metálico como agente reductor. En condiciones de vacío de alta temperatura de >1100 ℃ y <<0,133 Pa, el iterbio metálico se puede extraer directamente mediante destilación reductora. Al igual que el samario y el europio, el iterbio también se puede separar y purificar mediante reducción húmeda. Por lo general, se utilizan abundantes tulio, iterbio y lutecio como materias primas. Después de la disolución, el iterbio se reduce a divalente, lo que da como resultado diferencias significativas en las propiedades, y se separa aún más de otras tierras raras trivalentes. El óxido de iterbio de alta pureza generalmente se prepara mediante cromatografía de extracción o intercambio iónico.

El iterbio, como elemento pesado de tierras raras, tiene recursos disponibles limitados y productos costosos, lo que limita su investigación de aplicaciones. Con la aparición de tecnologías de alta tecnología, como las comunicaciones por fibra óptica y los láseres, el iterbio ha ido encontrando gradualmente su etapa de aplicación.

En los últimos años, el iterbio ha surgido y se ha desarrollado rápidamente en los dos campos de las comunicaciones por fibra óptica y la tecnología láser.

Con el desarrollo de la "autopista de la información", las redes informáticas y los sistemas de transmisión de fibra óptica de larga distancia tienen requisitos de rendimiento cada vez más altos para los materiales de fibra óptica utilizados en las comunicaciones ópticas. Debido a sus excelentes características espectrales, los iones de iterbio se pueden utilizar como materiales de amplificación de fibra para comunicaciones ópticas como el erbio y el tulio. Aunque el elemento de tierras raras Er sigue siendo el protagonista en la preparación de amplificadores de fibra, el ancho de banda de ganancia de las fibras ópticas tradicionales dopadas con erbio es pequeño (30 nm), lo que dificulta cumplir con los requisitos de transmisión de información de alta velocidad y gran capacidad. . Sin embargo, cerca de 980 nm, la sección transversal de absorción de los iones Yb3+ es mucho mayor que la de los iones Er3+. A través de la sensibilización de Yb3+ y la transferencia de energía de erbio e iterbio, la luz de 1530 nm se puede mejorar enormemente, mejorando así en gran medida la eficiencia de amplificación de la luz.

En los últimos años, el vidrio de fosfato de erbio-iterbio ha sido favorecido por cada vez más investigadores. Los vidrios de fosfato y fluorofosfato tienen buena estabilidad química y térmica, amplia transmitancia infrarroja y grandes características de ensanchamiento no uniforme, y son materiales ideales para fibra de vidrio de amplificación dopada con erbio de banda ancha y alta ganancia. Si se introducen iones Yb3+ para producir fibra dopada con erbio-iterbio, el rendimiento de amplificación de la fibra se puede mejorar considerablemente. La fibra óptica de alta concentración dopada con erbio, iterbio y fosfato (diámetro del núcleo 7 μm, apertura numérica 0,2) desarrollada en mi país es adecuada para amplificadores de onda completa. Utilizando un láser semiconductor de 980 nm, se logró una ganancia neta de 3,8 dB para señales pequeñas dentro de una ventana de comunicación de 1,5 μm, con una ganancia de longitud unitaria de 2,5 dB/cm, que es dos órdenes de magnitud mayor que los amplificadores sensibles al tiempo disponibles actualmente en el mercado. .

El amplificador de fibra dopado con Yb3+ puede lograr amplificación de potencia y pequeña amplificación de señal, por lo que puede usarse en sensores de fibra óptica, comunicaciones láser en espacio libre y amplificación de pulso ultracorto.

En la actualidad, China ha construido la mayor capacidad de un solo canal y el sistema de transmisión óptica más rápido del mundo, y tiene la autopista de información más amplia del mundo. Los materiales láser y de amplificación de fibras dopados con iterbio y otras tierras raras desempeñan un papel clave en esto.

Las propiedades espectrales del iterbio también se utilizan como materiales láser de alta calidad, no sólo como cristales láser, sino también como gafas láser y láseres de fibra.

Los cristales láser dopados con iterbio han formado una gran serie como materiales láser de alta potencia, incluido el granate de itrio y aluminio dopado con iterbio (Yb: YAG), el granate de gadolinio y galio dopado con iterbio (Yb: GGG), el iterbio -granate de itrio y aluminio dopado (Yb: GGG), fosfato de calcio con fluoruro de iterbio (Yb: S-FAP) y fosfato de fluoruro de estroncio dopado con iterbio (Yb: S-FAP).

El láser semiconductor (LD) es un nuevo tipo de fuente de bomba láser sólida. Yb: YAG tiene muchas características y es adecuado para el bombeo LD de alta potencia, y se ha convertido en un material láser para el bombeo LD de alta potencia. El cristal FAP de sulfuro de iterbio se puede utilizar como material láser para lograr la fusión nuclear con láser en el futuro, lo que ha atraído la atención de la gente. En los cristales láser sintonizables, la longitud de onda del Yb: Ho: Yagg (Cr, Yb, Ho: Yagg) dopado con cromo se puede sintonizar continuamente entre 2,84 y 3,05 micrones. Según las estadísticas, la mayoría de las ojivas de misiles infrarrojos utilizadas internacionalmente utilizan 3-5 μm. detector infrarrojo de onda media, por lo que el desarrollo de láseres Cr, Yb, Ho: YSGG puede proporcionar una interferencia eficaz contra las armas guiadas por infrarrojo medio, lo que tiene una importante importancia militar.

Actualmente, mi país ha logrado una serie de resultados innovadores en cristales láser dopados con iterbio (iterbio: YAG, iterbio: FAP, iterbio: SFAP, etc.). ), resolviendo muchas tecnologías clave, como el crecimiento de cristales y la salida láser rápida, pulsada, continua y ajustable. Los resultados de la investigación se han aplicado a la defensa nacional, la industria y la ingeniería científica, y se han exportado productos de cristal dopados con iterbio a Estados Unidos.

Otra categoría importante de materiales láser de iterbio es el vidrio láser. Se han desarrollado diversos vidrios láser con secciones transversales de alta emisión, como germanotelurados, siliconiobatos, boratos y fosfatos. Debido a que el vidrio es fácil de moldear, se puede fabricar en tamaños grandes y tiene alta transmitancia y alta uniformidad, se puede convertir en láseres de alta potencia. El vidrio láser de tierras raras con el que todo el mundo estaba familiarizado en el pasado era principalmente vidrio de neodimio, que tiene una historia de más de 40 años y una tecnología de fabricación y aplicación madura. Ha sido el material elegido para dispositivos láser de alta potencia y se utiliza en dispositivos experimentales de fusión nuclear y armas láser. Los dispositivos láser de alta potencia Shenguang 1 y Shenguang 2 construidos en China, que utilizan vidrio de neodimio como principal medio láser, han alcanzado el nivel avanzado del mundo. Sin embargo, el vidrio de neodimio láser ahora enfrenta fuertes desafíos por parte del vidrio de iterbio láser.

En los últimos años, un gran número de estudios han demostrado que muchas propiedades del vidrio de iterbio para láser superan a las del vidrio de neodimio. Dado que la luminiscencia dopada con iterbio tiene sólo dos niveles de energía, la eficiencia del almacenamiento de energía es alta. Al mismo tiempo, la eficiencia del almacenamiento de energía del vidrio dopado con iterbio es 16 veces mayor que la del vidrio dopado con neodimio, y la vida útil de la fluorescencia es tres veces mayor que la del vidrio dopado con neodimio. Al mismo tiempo, tiene las ventajas de una alta concentración de dopaje, un amplio ancho de banda de absorción y puede bombearse directamente con semiconductores. Es muy adecuado para láseres de alta potencia. Pero la aplicación práctica del vidrio láser de iterbio a menudo requiere la ayuda del neodimio. Por ejemplo, el Nd3+ como sensibilizador puede permitir que el vidrio láser de iterbio funcione a temperatura ambiente y logre una emisión láser con una longitud de onda de 1,06 micrones. Por lo tanto, el iterbio y el neodimio son competidores y socios en el vidrio láser.

Muchas de las propiedades luminiscentes del vidrio láser de iterbio se pueden mejorar ajustando la composición del vidrio. Con los láseres de alta potencia como principal dirección de desarrollo, los láseres fabricados con vidrio láser de iterbio se utilizan cada vez más en la industria moderna, la agricultura, la medicina, la investigación científica y el ejército.

Utilizar la energía generada por la fusión nuclear como fuente de energía siempre ha sido un objetivo que la gente espera con ansias. La realización de una fusión nuclear controlable será un medio importante para que la humanidad resuelva los problemas energéticos. El vidrio láser dopado con iterbio se ha convertido en la primera opción para mejorar la fusión por confinamiento inercial (ICF) en el siglo XXI debido a su excelente rendimiento láser.

Las armas láser utilizan la enorme energía de los rayos láser para atacar y destruir objetivos. Pueden generar altas temperaturas de cientos de millones de grados y atacar directamente a la velocidad de la luz. Pueden apuntar a cualquier cosa. Son extremadamente letales y especialmente adecuados para los sistemas de armas antiaéreas de la guerra moderna. Las excelentes propiedades del vidrio láser dopado con iterbio lo convierten en un material básico importante para la fabricación de armas láser de alta potencia y alto rendimiento.

El láser de fibra es una nueva tecnología en rápido desarrollo y también pertenece a la categoría de aplicación del vidrio láser. El láser de fibra es un láser que utiliza fibra óptica como medio láser. Es un producto de la combinación de fibra óptica y tecnología láser. Es una nueva tecnología láser desarrollada en base a la tecnología de amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Los láseres de fibra se componen de diodos láser semiconductores como fuentes de bombeo, fibras ópticas como guías de ondas y medios de ganancia, fibras de rejilla, acopladores y otros componentes ópticos. No requiere ajuste mecánico del camino óptico, es compacto y fácil de integrar. En comparación con los láseres de estado sólido y los láseres semiconductores tradicionales, tiene ventajas técnicas y de rendimiento, como alta calidad del haz, buena estabilidad, fuerte resistencia a las interferencias ambientales, sin ajustes, sin mantenimiento y una estructura compacta.

Debido a que los iones dopados son principalmente Nd+3, Yb+3, Er+3, TM+3 y HO+3, y se utilizan fibras de tierras raras como medios de ganancia, los láseres de fibra desarrollados actualmente también pueden denominarse láseres de fibra de tierras raras. .

El láser de fibra de doble revestimiento dopado con iterbio de alta potencia ha sido un foco de investigación en tecnología láser de estado sólido en los últimos años. Tiene las ventajas de una buena calidad del haz, una estructura compacta y una alta eficiencia de conversión, y tiene amplias perspectivas de aplicación en el procesamiento industrial y otros campos. La fibra dopada con iterbio de doble revestimiento es adecuada para el bombeo láser semiconductor. Tiene las características de alta eficiencia de acoplamiento y alta potencia de salida del láser. Es la principal dirección de desarrollo de la fibra dopada con iterbio. En la actualidad, la tecnología de fibra óptica dopada con iterbio de doble revestimiento de mi país es equivalente a los niveles avanzados extranjeros. La fibra óptica dopada con iterbio, la fibra óptica dopada con iterbio de doble revestimiento y la fibra óptica dopada con iterbio* * * desarrolladas en nuestro país han alcanzado el nivel avanzado de productos extranjeros similares en términos de rendimiento y confiabilidad, y tienen ventajas de costo y tecnologías patentadas centrales para múltiples productos y métodos.

La mundialmente famosa compañía alemana IPG Laser anunció recientemente que su nuevo sistema láser de fibra dopada con iterbio tiene excelentes características de haz, una vida útil de la bomba de más de 50.000 horas y una longitud de onda de emisión central de 1.070 nm-1.080 nm. , y una potencia de hasta 20KW, se ha utilizado en soldadura fina, corte y perforación de rocas.

Los materiales láser son el núcleo y la base para el desarrollo de la tecnología láser. En la industria del láser siempre ha existido el dicho de que "una generación de materiales, una generación de dispositivos". Sólo poseyendo excelentes materiales láser e integrando otras tecnologías relacionadas podremos desarrollar dispositivos láser avanzados y prácticos. Como nueva fuerza en materiales láser sólidos, los cristales y lentes láser dopados con iterbio están promoviendo el desarrollo innovador de las comunicaciones por fibra óptica y la tecnología láser, y contribuirán a tecnologías láser de vanguardia, como los láseres de fusión nuclear de alta potencia, láseres de petavatios de energía (PW) y láseres de armas de alta energía.

Además, según algunos artículos, el iterbio también se utiliza como activador de fósforo, radiocerámica, aditivo para elementos de almacenamiento electrónico de computadoras (burbujas magnéticas) y aditivo para vidrio óptico. Cabe señalar que tanto el iterbio como el itrio son elementos de tierras raras. Aunque los nombres en inglés y los símbolos de los elementos son obviamente diferentes, las sílabas chinas Pinyin son las mismas. En algunas traducciones chinas, el itrio a veces se confunde con el iterbio. En este momento, debe rastrear el texto original y confirmarlo con símbolos de elementos.