Iterbium (Yerbium spp.): nomor atom 70, berat atom 173,04, nama unsur berasal dari lokasi penemuannya. Kandungan ytterbium dalam kerak bumi adalah 0,000266%, terutama terdapat dalam endapan fosforit dan emas hitam langka. Kandungan dalam monasit adalah 0,03%, dan terdapat 7 isotop alami
Telah menemukan
Oleh: Marinak
Waktu: 1878
Lokasi: Swiss
Pada tahun 1878, ahli kimia Swiss Jean Charles dan G. Marignac menemukan unsur tanah jarang baru dalam bentuk "erbium". Pada tahun 1907, Ulban dan Weils menunjukkan bahwa Marignac memisahkan campuran lutetium oksida dan ytterbium oksida. Untuk mengenang desa kecil bernama Yteerby di dekat Stockholm, tempat bijih yttrium ditemukan, unsur baru ini diberi nama Ytterbium dengan simbol Yb.
Konfigurasi elektron
Konfigurasi elektron
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Logam
Iterbium metalik berwarna abu-abu keperakan, lentur, dan bertekstur lembut. Pada suhu ruangan, iterbium dapat teroksidasi perlahan oleh udara dan air.
Ada dua struktur kristal: α- Tipenya adalah sistem kristal kubik berpusat muka (suhu ruangan -798 ℃); β- Tipenya adalah kisi kubik berpusat badan (di atas 798 ℃). Titik leleh 824 ℃, titik didih 1427 ℃, kerapatan relatif 6,977（ Tipe α), 6,54（ Tipe β).
Tidak larut dalam air dingin, larut dalam asam dan amonia cair. Cukup stabil di udara. Mirip dengan samarium dan europium, ytterbium termasuk dalam tanah jarang bervalensi variabel, dan juga dapat berada dalam keadaan divalen positif selain biasanya bervalen trivalen.
Karena karakteristik valensi variabel ini, persiapan logam ytterbium tidak boleh dilakukan dengan elektrolisis, tetapi dengan metode distilasi reduksi untuk persiapan dan pemurnian. Biasanya, logam lantanum digunakan sebagai agen pereduksi untuk distilasi reduksi, memanfaatkan perbedaan antara tekanan uap tinggi logam ytterbium dan tekanan uap rendah logam lantanum. Atau,tulium, iterbium, Danlutesiumkonsentrat dapat digunakan sebagai bahan baku, danlogam lantanumdapat digunakan sebagai agen pereduksi. Dalam kondisi vakum suhu tinggi >1100 ℃ dan <0,133 Pa, logam ytterbium dapat langsung diekstraksi dengan distilasi reduksi. Seperti samarium dan europium, ytterbium juga dapat dipisahkan dan dimurnikan melalui reduksi basah. Biasanya, konsentrat thulium, ytterbium, dan lutetium digunakan sebagai bahan baku. Setelah pelarutan, ytterbium direduksi menjadi keadaan divalen, yang menyebabkan perbedaan sifat yang signifikan, dan kemudian dipisahkan dari tanah jarang trivalen lainnya. Produksi logam dengan kemurnian tinggiiterbium oksidabiasanya dilakukan dengan kromatografi ekstraksi atau metode pertukaran ion.
Aplikasi
Digunakan untuk membuat paduan khusus. Paduan ytterbium telah diaplikasikan dalam kedokteran gigi untuk eksperimen metalurgi dan kimia.
Dalam beberapa tahun terakhir, ytterbium telah muncul dan berkembang pesat di bidang komunikasi serat optik dan teknologi laser.
Dengan pembangunan dan pengembangan "jalan raya informasi", jaringan komputer dan sistem transmisi serat optik jarak jauh memiliki persyaratan yang semakin tinggi untuk kinerja bahan serat optik yang digunakan dalam komunikasi optik. Ion ytterbium, karena sifat spektralnya yang sangat baik, dapat digunakan sebagai bahan amplifikasi serat untuk komunikasi optik, seperti erbium dan thulium. Meskipun elemen tanah jarang erbium masih menjadi pemain utama dalam persiapan penguat serat, serat kuarsa tradisional yang didoping erbium memiliki lebar pita penguatan yang kecil (30nm), sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan transmisi informasi berkecepatan tinggi dan berkapasitas tinggi. Ion Yb3+ memiliki penampang serapan yang jauh lebih besar daripada ion Er3+ sekitar 980nm. Melalui efek sensitisasi Yb3+ dan transfer energi erbium dan ytterbium, cahaya 1530nm dapat ditingkatkan secara signifikan, sehingga sangat meningkatkan efisiensi amplifikasi cahaya.
Dalam beberapa tahun terakhir, kaca fosfat yang didoping bersama erbium iterbium semakin disukai oleh para peneliti. Kaca fosfat dan fluorofosfat memiliki stabilitas kimia dan termal yang baik, serta transmitansi inframerah yang luas dan karakteristik pelebaran non-seragam yang besar, menjadikannya bahan yang ideal untuk serat kaca amplifikasi erbium-doping pita lebar dan penguatan tinggi. Penguat serat yang didoping Yb3+ dapat mencapai penguatan daya dan penguatan sinyal kecil, membuatnya cocok untuk bidang-bidang seperti sensor serat optik, komunikasi laser ruang bebas, dan penguatan pulsa ultra pendek. Tiongkok saat ini telah membangun sistem transmisi optik berkapasitas saluran tunggal terbesar di dunia dan kecepatan tercepat, dan memiliki jalan raya informasi terluas di dunia. Penguat serat dan bahan laser yang didoping iterbium dan tanah jarang lainnya memainkan peran penting dan signifikan di dalamnya.
Karakteristik spektral ytterbium juga digunakan sebagai bahan laser berkualitas tinggi, baik sebagai kristal laser, kaca laser, maupun laser serat. Sebagai bahan laser berdaya tinggi, kristal laser yang didoping ytterbium telah membentuk rangkaian yang sangat besar, termasuk ytterbium doped yttrium aluminum garnet (Yb:YAG), ytterbium doped gadolinium gallium garnet (Yb:GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb:FAP), ytterbium doped strontium fluorophosphate (Yb:S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadate (Yb:YV04), ytterbium doped borate, dan silikat. Laser semikonduktor (LD) adalah jenis baru sumber pompa untuk laser solid-state. Yb:YAG memiliki banyak karakteristik yang cocok untuk pemompaan LD berdaya tinggi dan telah menjadi bahan laser untuk pemompaan LD berdaya tinggi. Yb: Kristal S-FAP dapat digunakan sebagai bahan laser untuk fusi nuklir laser di masa depan, yang telah menarik perhatian orang. Dalam kristal laser yang dapat disetel, ada kromium ytterbium holmium yttrium aluminium gallium garnet (Cr, Yb, Ho: YAGG) dengan panjang gelombang berkisar antara 2,84 hingga 3,05 μ yang dapat disesuaikan secara terus-menerus antara m. Menurut statistik, sebagian besar hulu ledak inframerah yang digunakan dalam rudal di seluruh dunia menggunakan 3-5 μ Oleh karena itu, pengembangan laser Cr, Yb, Ho: YSGG dapat memberikan interferensi yang efektif untuk tindakan pencegahan senjata berpemandu inframerah menengah, dan memiliki signifikansi militer yang penting. Tiongkok telah mencapai serangkaian hasil inovatif dengan tingkat lanjut internasional di bidang kristal laser yang didoping ytterbium (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, dll.), memecahkan teknologi utama seperti pertumbuhan kristal dan laser yang cepat, berdenyut, terus-menerus, dan keluaran yang dapat disesuaikan. Hasil penelitiannya telah diterapkan dalam pertahanan nasional, industri, dan rekayasa ilmiah, dan produk kristal yang didoping ytterbium telah diekspor ke berbagai negara dan kawasan seperti Amerika Serikat dan Jepang.
Kategori utama lain dari material laser ytterbium adalah kaca laser. Berbagai kaca laser penampang emisi tinggi telah dikembangkan, termasuk germanium tellurite, silikon niobat, borat, dan fosfat. Karena kemudahan pencetakan kaca, kaca ini dapat dibuat dalam ukuran besar dan memiliki karakteristik seperti transmisi cahaya tinggi dan keseragaman tinggi, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan laser berdaya tinggi. Kaca laser tanah jarang yang umum digunakan sebagian besar adalah kaca neodymium, yang memiliki sejarah pengembangan lebih dari 40 tahun dan teknologi produksi dan aplikasi yang matang. Kaca ini selalu menjadi material pilihan untuk perangkat laser berdaya tinggi dan telah digunakan dalam perangkat eksperimen fusi nuklir dan senjata laser. Perangkat laser berdaya tinggi yang dibuat di Tiongkok, yang terdiri dari kaca neodymium laser sebagai media laser utama, telah mencapai tingkat canggih di dunia. Namun, kaca neodymium laser kini menghadapi tantangan berat dari kaca ytterbium laser.
Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa banyak sifat kaca laser ytterbium melebihi sifat kaca neodymium. Karena pendaran cahaya yang didoping ytterbium hanya memiliki dua tingkat energi, efisiensi penyimpanan energinya tinggi. Pada perolehan yang sama, kaca ytterbium memiliki efisiensi penyimpanan energi 16 kali lebih tinggi daripada kaca neodymium, dan masa pakai fluoresensi 3 kali lipat dari kaca neodymium. Kaca ini juga memiliki keunggulan seperti konsentrasi doping yang tinggi, lebar pita penyerapan, dan dapat langsung dipompa oleh semikonduktor, sehingga sangat cocok untuk laser berdaya tinggi. Namun, aplikasi praktis kaca laser ytterbium sering kali bergantung pada bantuan neodymium, seperti menggunakan Nd3+ sebagai sensitizer untuk membuat kaca laser ytterbium beroperasi pada suhu ruangan dan emisi laser μ dicapai pada panjang gelombang m. Jadi, ytterbium dan neodymium merupakan pesaing dan mitra kolaboratif di bidang kaca laser.
Dengan menyesuaikan komposisi kaca, banyak sifat luminesensi kaca laser ytterbium dapat ditingkatkan. Dengan pengembangan laser berdaya tinggi sebagai arah utama, laser yang terbuat dari kaca laser ytterbium semakin banyak digunakan dalam industri modern, pertanian, kedokteran, penelitian ilmiah, dan aplikasi militer.
Penggunaan militer: Menggunakan energi yang dihasilkan oleh fusi nuklir sebagai energi selalu menjadi tujuan yang diharapkan, dan mencapai fusi nuklir terkendali akan menjadi cara penting bagi umat manusia untuk memecahkan masalah energi. Kaca laser yang didoping ytterbium menjadi bahan pilihan untuk mencapai peningkatan fusi kurungan inersia (ICF) di abad ke-21 karena kinerja lasernya yang luar biasa.
Senjata laser menggunakan energi sinar laser yang sangat besar untuk menyerang dan menghancurkan target, menghasilkan suhu miliaran derajat Celsius dan menyerang secara langsung dengan kecepatan cahaya. Senjata ini dapat disebut sebagai Nadana dan memiliki daya mematikan yang tinggi, terutama cocok untuk sistem senjata pertahanan udara modern dalam peperangan. Kinerja kaca laser yang didoping ytterbium yang sangat baik telah menjadikannya bahan dasar yang penting untuk pembuatan senjata laser berdaya tinggi dan berkinerja tinggi.
Laser serat merupakan teknologi baru yang berkembang pesat dan juga termasuk dalam bidang aplikasi kaca laser. Laser serat merupakan laser yang menggunakan serat sebagai media lasernya, yang merupakan hasil gabungan dari teknologi serat dan laser. Ini merupakan teknologi laser baru yang dikembangkan berdasarkan teknologi penguat serat terdoping erbium (EDFA). Laser serat terdiri dari dioda laser semikonduktor sebagai sumber pompa, pemandu gelombang serat optik dan media penguatan, serta komponen optik seperti serat kisi dan kopler. Laser ini tidak memerlukan penyesuaian mekanis pada jalur optik, dan mekanismenya kompak serta mudah diintegrasikan. Dibandingkan dengan laser solid-state dan laser semikonduktor tradisional, laser ini memiliki keunggulan teknologi dan kinerja seperti kualitas sinar yang tinggi, stabilitas yang baik, ketahanan yang kuat terhadap gangguan lingkungan, tidak memerlukan penyesuaian, tidak memerlukan perawatan, dan struktur yang kompak. Karena ion yang didoping sebagian besar adalah Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, yang semuanya menggunakan serat tanah jarang sebagai media penguatan, laser serat yang dikembangkan oleh perusahaan tersebut juga dapat disebut laser serat tanah jarang.
Aplikasi laser: Laser serat berlapis ganda ytterbium doped berdaya tinggi telah menjadi bidang yang diminati dalam teknologi laser solid-state secara internasional dalam beberapa tahun terakhir. Laser ini memiliki keunggulan kualitas sinar yang baik, struktur yang ringkas, dan efisiensi konversi yang tinggi, serta memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pemrosesan industri dan bidang lainnya. Serat berlapis ganda ytterbium doped cocok untuk pemompaan laser semikonduktor, dengan efisiensi kopling yang tinggi dan daya keluaran laser yang tinggi, dan merupakan arah pengembangan utama serat berlapis ytterbium. Teknologi serat berlapis ganda ytterbium doped Tiongkok tidak lagi setara dengan tingkat kemajuan negara-negara asing. Serat berlapis ytterbium doped, serat berlapis ganda ytterbium doped, dan serat erbium ytterbium co doped yang dikembangkan di Tiongkok telah mencapai tingkat kemajuan produk asing serupa dalam hal kinerja dan keandalan, memiliki keunggulan biaya, dan memiliki teknologi inti yang dipatenkan untuk berbagai produk dan metode.
Perusahaan laser IPG Jerman yang terkenal di dunia baru-baru ini mengumumkan bahwa sistem laser serat terdoping iterbium yang baru diluncurkan memiliki karakteristik sinar yang sangat baik, masa pakai pompa lebih dari 50.000 jam, panjang gelombang emisi sentral 1070nm-1080nm, dan daya keluaran hingga 20KW. Telah diaplikasikan dalam pengelasan halus, pemotongan, dan pengeboran batu.
Material laser merupakan inti dan fondasi bagi pengembangan teknologi laser. Selalu ada pepatah dalam industri laser bahwa 'satu generasi material, satu generasi perangkat'. Untuk mengembangkan perangkat laser yang canggih dan praktis, pertama-tama perlu memiliki material laser berkinerja tinggi dan mengintegrasikan teknologi relevan lainnya. Kristal laser yang didoping ytterbium dan kaca laser, sebagai kekuatan baru material laser padat, mempromosikan pengembangan inovatif komunikasi serat optik dan teknologi laser, terutama dalam teknologi laser mutakhir seperti laser fusi nuklir berdaya tinggi, laser beat tile berenergi tinggi, dan laser senjata berenergi tinggi.
Selain itu, ytterbium juga digunakan sebagai aktivator bubuk fluoresen, keramik radio, aditif untuk komponen memori komputer elektronik (gelembung magnetik), dan aditif kaca optik. Perlu dicatat bahwa yttrium dan yttrium keduanya merupakan unsur tanah jarang. Meskipun terdapat perbedaan yang signifikan dalam nama-nama unsur dalam bahasa Inggris dan simbol-simbol unsur, alfabet fonetik bahasa Mandarin memiliki suku kata yang sama. Dalam beberapa terjemahan bahasa Mandarin, yttrium terkadang keliru disebut sebagai yttrium. Dalam hal ini, kita perlu melacak teks asli dan menggabungkan simbol-simbol unsur untuk mengonfirmasi.
Waktu posting: 30-Agu-2023