Ytterbium: nomor atom 70, berat atom 173,04, nama unsur berdasarkan lokasi penemuannya. Isi dariytterbiumpada kerak bumi adalah 0,000266%, terutama terdapat pada fosforit dan endapan emas langka hitam, sedangkan kandungan monasit adalah 0,03%, dengan 7 isotop alami.
Menemukan Sejarah
Ditemukan oleh: Marinak
Waktu: 1878
Lokasi: Swiss
Pada tahun 1878, ahli kimia Swiss Jean Charles dan G Marignac menemukan unsur tanah jarang baru di “erbium”. Pada tahun 1907, Ulban dan Weils menunjukkan bahwa Marignac memisahkan campuran lutetium oksida dan ytterbium oksida. Untuk mengenang desa kecil bernama Yteerby dekat Stockholm, tempat ditemukannya bijih yttrium, unsur baru ini diberi nama Ytterbium dengan simbol Yb.
Konfigurasi elektron
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Logam
Iterbium metalikberwarna abu-abu perak, ulet, dan teksturnya lembut. Pada suhu kamar, ytterbium dapat teroksidasi secara perlahan oleh udara dan air.
Ada dua struktur kristal: α- Tipenya adalah sistem kristal kubik berpusat muka (suhu kamar -798 ℃); β- Tipenya adalah kisi kubik berpusat badan (di atas 798 ℃). Titik lebur 824 ℃, titik didih 1427 ℃, massa jenis relatif 6,977（ Tipe α), 6,54（ Tipe β).
Tidak larut dalam air dingin, larut dalam asam dan amonia cair. Ia cukup stabil di udara. Mirip dengan samarium dan europium, ytterbium termasuk dalam valensi variabel tanah jarang, dan juga dapat berada dalam keadaan divalen positif selain biasanya bersifat trivalen.
Karena karakteristik valensi variabel ini, pembuatan logam ytterbium tidak boleh dilakukan dengan elektrolisis, tetapi dengan metode distilasi reduksi untuk persiapan dan pemurnian. Biasanya,logam lantanumdigunakan sebagai zat pereduksi untuk distilasi reduksi, memanfaatkan perbedaan antara tekanan uap tinggi logam ytterbium dan tekanan uap rendah logam lantanum. Alternatifnya,thulium, ytterbium, Danlutetiumkonsentrat dapat digunakan sebagai bahan baku, dan logam lantanum dapat digunakan sebagai zat pereduksi. Dalam kondisi vakum suhu tinggi>1100 ℃ dan<0,133Pa, logam ytterbium dapat langsung diekstraksi dengan distilasi reduksi. MenyukaisamariumDaneuropium,ytterbium juga dapat dipisahkan dan dimurnikan melalui reduksi basah. Biasanya konsentrat thulium, ytterbium, dan lutetium digunakan sebagai bahan baku. Setelah pembubaran, ytterbium direduksi menjadi keadaan divalen, menyebabkan perbedaan sifat yang signifikan, dan kemudian dipisahkan dari tanah jarang trivalen lainnya. Produksi ytterbium oksida dengan kemurnian tinggi biasanya dilakukan dengan kromatografi ekstraksi atau metode pertukaran ion
Aplikasi
Digunakan untuk pembuatan paduan khusus.Paduan Ytterbiumtelah diterapkan 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 terhadap 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 halnyaerbiumDanthulium. Meskipun erbium unsur tanah jarang masih menjadi pemain utama dalam persiapan penguat serat, serat kuarsa tradisional yang didoping erbium memiliki bandwidth 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 dibandingkan 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 erbium ytterbium co semakin disukai oleh para peneliti. Gelas fosfat dan fluorofosfat memiliki stabilitas kimia dan termal yang baik, serta transmitansi inframerah yang lebar dan karakteristik pelebaran tidak seragam yang besar, menjadikannya bahan yang ideal untuk kaca serat amplifikasi yang didoping erbium dengan gain tinggi dan broadband. Amplifier serat yang didoping Yb3+ dapat mencapai amplifikasi daya dan amplifikasi sinyal kecil, sehingga cocok untuk bidang seperti sensor serat optik, komunikasi laser ruang bebas, dan amplifikasi pulsa ultra pendek. Tiongkok saat ini telah membangun kapasitas saluran tunggal terbesar di dunia dan sistem transmisi optik berkecepatan tercepat, serta memiliki jalan raya informasi terluas di dunia. Ytterbium doped dan penguat serat serta bahan laser yang didoping tanah jarang lainnya memainkan peran penting dan signifikan di dalamnya.
Karakteristik spektral ytterbium juga digunakan sebagai bahan laser berkualitas tinggi, baik sebagai kristal laser, kacamata laser, maupun laser serat. Sebagai bahan laser berkekuatan tinggi, kristal laser yang didoping ytterbium telah membentuk rangkaian besar, termasuk yang didoping ytterbiumaluminium yttriumgarnet (Yb:YAG), ytterbium didopinggadoliniumgallium garnet (Yb: GGG), ytterbium doping kalsium fluorofosfat (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 sumber pompa baru 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 merdu, terdapat kromium ytterbium holmium yttrium aluminium gallium garnet (Cr, Yb, Ho: YAGG) dengan panjang gelombang berkisar antara 2,84 hingga 3,05 μ Terus disesuaikan 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 penanggulangan senjata berpemandu inframerah menengah, dan memiliki signifikansi militer yang penting. Tiongkok telah mencapai serangkaian hasil inovatif dengan tingkat mahir internasional di bidang kristal laser yang didoping ytterbium (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, dll.), memecahkan teknologi utama seperti pertumbuhan kristal dan laser cepat, pulsa, keluaran yang kontinyu dan dapat disesuaikan. Hasil penelitiannya telah diterapkan dalam pertahanan nasional, industri, dan teknik ilmiah, dan produk kristal doping ytterbium telah diekspor ke berbagai negara dan wilayah seperti Amerika Serikat dan Jepang.
Kategori utama bahan laser ytterbium lainnya adalah kaca laser. Berbagai kacamata laser penampang emisi tinggi telah dikembangkan, termasuk germanium tellurite, silikon niobate, borat, dan fosfat. Karena kemudahan pencetakan kaca, kaca dapat dibuat menjadi ukuran besar dan memiliki karakteristik seperti transmisi cahaya yang tinggi dan keseragaman yang tinggi, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan laser berkekuatan tinggi. Kaca laser tanah jarang yang familiar dulunya merupakan bahan utamaneodymiumkaca, yang memiliki sejarah pengembangan lebih dari 40 tahun dan teknologi produksi dan aplikasi yang matang. Itu selalu menjadi bahan pilihan untuk perangkat laser berkekuatan tinggi dan telah digunakan dalam perangkat eksperimental fusi nuklir dan senjata laser. Perangkat laser berdaya tinggi buatan China, terdiri dari laserneodymiumkaca sebagai media laser utama, telah mencapai tingkat mahir di dunia. Namun kaca laser neodymium kini menghadapi tantangan berat dari kaca laser ytterbium.
Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar penelitian menunjukkan bahwa banyak sifat kaca laser ytterbium yang melebihi sifat tersebutneodymiumkaca. Karena pendaran ytterbium doped hanya memiliki dua tingkat energi, efisiensi penyimpanan energinya tinggi. Dengan perolehan yang sama, kaca ytterbium memiliki efisiensi penyimpanan energi 16 kali lebih tinggi dibandingkan kaca neodymium, dan masa pakai fluoresensi 3 kali lipat dari kaca neodymium. Ia juga memiliki kelebihan seperti konsentrasi doping yang tinggi, bandwidth penyerapan, dan dapat langsung dipompa oleh semikonduktor, sehingga sangat cocok untuk laser berdaya tinggi. Namun, penerapan praktis kaca laser ytterbium seringkali mengandalkan bantuan neodymium, seperti penggunaan Nd3+ sebagai sensitizer untuk membuat kaca laser ytterbium beroperasi pada suhu kamar dan emisi laser μ dicapai pada panjang gelombang m. Jadi, ytterbium dan neodymium sama-sama merupakan pesaing dan mitra kolaboratif di bidang kaca laser.
Dengan menyesuaikan komposisi kaca, banyak sifat pendaran kaca laser ytterbium dapat ditingkatkan. Dengan berkembangnya laser berkekuatan 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 yang terkendali akan menjadi sarana penting bagi umat manusia untuk memecahkan masalah energi. Kaca laser yang didoping Ytterbium menjadi bahan pilihan untuk mencapai peningkatan fusi pengurungan 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 sasaran, menghasilkan suhu miliaran derajat Celcius dan langsung menyerang dengan kecepatan cahaya. Mereka dapat disebut sebagai Nadana dan memiliki tingkat mematikan yang tinggi, terutama cocok untuk sistem senjata pertahanan udara modern dalam peperangan. Performa luar biasa dari kaca laser doped ytterbium menjadikannya bahan dasar penting untuk pembuatan senjata laser berkekuatan tinggi dan berperforma tinggi.
Laser serat adalah teknologi baru yang berkembang pesat dan juga termasuk dalam bidang aplikasi kaca laser. Laser fiber adalah laser yang menggunakan fiber sebagai media lasernya, yang merupakan produk gabungan antara teknologi fiber dan laser. Ini adalah teknologi laser baru yang dikembangkan berdasarkan teknologi erbium doped fiber amplifier (EDFA). Laser serat terdiri dari dioda laser semikonduktor sebagai sumber pompa, pandu gelombang serat optik dan media penguatan, serta komponen optik seperti serat kisi dan skrup. Tidak memerlukan penyesuaian mekanis pada jalur optik, dan mekanismenya kompak serta mudah diintegrasikan. Dibandingkan dengan laser solid-state tradisional dan laser semikonduktor, laser ini memiliki keunggulan teknologi dan kinerja seperti kualitas sinar tinggi, stabilitas yang baik, ketahanan yang kuat terhadap gangguan lingkungan, tanpa penyesuaian, tanpa perawatan, dan struktur 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 juga dapat disebut laser serat tanah jarang.
Aplikasi laser: Laser serat berlapis ganda yang didoping ytterbium berdaya tinggi telah menjadi topik hangat dalam teknologi laser solid-state secara internasional dalam beberapa tahun terakhir. Ini memiliki keunggulan kualitas sinar yang baik, struktur kompak, dan efisiensi konversi yang tinggi, serta memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pemrosesan industri dan bidang lainnya. Serat doping ytterbium berlapis ganda cocok untuk pemompaan laser semikonduktor, dengan efisiensi kopling tinggi dan daya keluaran laser yang tinggi, dan merupakan arah pengembangan utama serat doping ytterbium. Teknologi serat doped ytterbium berlapis ganda Tiongkok tidak lagi setara dengan tingkat maju negara-negara asing. Serat doping ytterbium, serat doping ytterbium berlapis ganda, dan serat doping erbium ytterbium co yang dikembangkan di Tiongkok telah mencapai tingkat lanjutan dibandingkan produk luar negeri 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 doping ytterbium 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. Ini telah diterapkan dalam pengelasan halus, pemotongan, dan pengeboran batu.
Bahan laser merupakan inti dan landasan bagi perkembangan teknologi laser. Selalu ada pepatah di industri laser yang menyatakan 'satu generasi material, satu generasi perangkat'. Untuk mengembangkan perangkat laser yang canggih dan praktis, pertama-tama perlu memiliki bahan laser berkinerja tinggi dan mengintegrasikan teknologi terkait lainnya. Kristal laser doping Ytterbium dan kaca laser, sebagai kekuatan baru bahan laser padat, mempromosikan pengembangan inovatif komunikasi serat optik dan teknologi laser, terutama dalam teknologi laser mutakhir seperti laser fusi nuklir berdaya tinggi, detak energi tinggi. laser ubin, dan laser senjata berenergi tinggi.
Selain itu, ytterbium juga digunakan sebagai aktivator bubuk fluoresen, keramik radio, bahan tambahan komponen memori komputer elektronik (gelembung magnet), dan bahan tambahan kaca optik. Perlu diperhatikan bahwa yttrium dan yttrium keduanya merupakan unsur tanah jarang. Meskipun terdapat perbedaan yang signifikan dalam nama bahasa Inggris dan simbol elemen, alfabet fonetik Tiongkok memiliki suku kata yang sama. Dalam beberapa terjemahan bahasa Mandarin, yttrium terkadang disalahartikan sebagai yttrium. Dalam hal ini, kita perlu menelusuri teks asli dan menggabungkan simbol elemen untuk mengonfirmasi.
Waktu posting: 13 Sep-2023