जादुई दुर्मिळ पृथ्वी घटक: यटरबियम

यटरबियम: अणुक्रमांक 70, अणु वजन 173.04, घटकाचे नाव त्याच्या शोध स्थानावरून घेतले. ची सामग्रीयटरबियमक्रस्टमध्ये 0.000266% आहे, मुख्यतः फॉस्फोराइट आणि काळ्या दुर्मिळ सोन्याच्या साठ्यांमध्ये असते, तर मोनाझाइटमधील सामग्री 0.03% असते, 7 नैसर्गिक समस्थानिकांसह.

इतिहास शोधत आहे

द्वारे शोधले: Marinak

वेळ: 1878

स्थान: स्वित्झर्लंड 

1878 मध्ये, स्विस रसायनशास्त्रज्ञ जीन चार्ल्स आणि जी मॅरिग्नाक यांनी "एर्बियम" मध्ये एक नवीन दुर्मिळ पृथ्वी घटक शोधला. 1907 मध्ये, उलबन आणि वेल्स यांनी निदर्शनास आणले की मॅरिग्नाकने ल्युटेटियम ऑक्साईड आणि यटरबियम ऑक्साईड यांचे मिश्रण वेगळे केले. स्टॉकहोमजवळील यटर्बी नावाच्या छोट्या गावाच्या स्मरणार्थ, जेथे य्ट्रिअम धातूचा शोध लागला होता, या नवीन घटकाचे नाव Yb चिन्हासह यटरबियम ठेवण्यात आले.

इलेक्ट्रॉन कॉन्फिगरेशन

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

धातू

धातूचा यटरबियमचांदीचा राखाडी, लवचिक आणि मऊ पोत आहे. खोलीच्या तपमानावर, यटरबियम हळूहळू हवा आणि पाण्याद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जाऊ शकते.

दोन क्रिस्टल संरचना आहेत: α- प्रकार एक चेहरा केंद्रित घन क्रिस्टल प्रणाली आहे (खोलीचे तापमान -798 ℃); β- प्रकार हा शरीर केंद्रीत घन (798 ℃ वरील) जाळी आहे. हळुवार बिंदू 824 ℃, उत्कलन बिंदू 1427 ℃, सापेक्ष घनता 6.977（ α- प्रकार), 6.54（ β- प्रकार).

थंड पाण्यात विरघळणारे, ऍसिड आणि द्रव अमोनियामध्ये विरघळणारे. ते हवेत बऱ्यापैकी स्थिर आहे. सॅमेरियम आणि युरोपिअम प्रमाणेच, यटरबियम हे व्हेरिएबल व्हॅलेन्स रेअर अर्थशी संबंधित आहे आणि सामान्यत: त्रिसंतुल्य असण्याव्यतिरिक्त सकारात्मक द्विसंयोजक स्थितीत देखील असू शकते.

या व्हेरिएबल व्हॅलेन्स वैशिष्ट्यामुळे, मेटॅलिक यटरबियमची तयारी इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे केली जाऊ नये, परंतु तयारी आणि शुद्धीकरणासाठी घट डिस्टिलेशन पद्धतीने केली पाहिजे. सहसा,लॅन्थॅनम धातूयटरबियम धातूचा उच्च बाष्प दाब आणि लॅन्थॅनम धातूचा कमी बाष्प दाब यांच्यातील फरक वापरून, घट डिस्टिलेशनसाठी कमी करणारे एजंट म्हणून वापरले जाते. पर्यायाने,थुलिअम, यटरबियम, आणिल्युटेटिअमसांद्रता कच्चा माल म्हणून वापरली जाऊ शकते आणि मेटल लॅन्थॅनमचा वापर कमी करणारे एजंट म्हणून केला जाऊ शकतो. >1100 ℃ आणि <0.133Pa च्या उच्च तापमानाच्या व्हॅक्यूम परिस्थितीत, मेटल यटरबियम थेट घट डिस्टिलेशनद्वारे काढले जाऊ शकते. आवडलेsamariumआणियुरोपियम,ytterbium देखील ओले कमी करून वेगळे आणि शुद्ध केले जाऊ शकते. सामान्यतः, थुलिअम, यटरबियम आणि ल्युटेटियम सांद्रे कच्चा माल म्हणून वापरतात. विरघळल्यानंतर, यटरबियम द्विसंयोजक अवस्थेत कमी होतो, ज्यामुळे गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय फरक होतो आणि नंतर इतर त्रिसंयोजक दुर्मिळ पृथ्वीपासून वेगळे केले जाते. उच्च-शुद्धता यटरबियम ऑक्साईडचे उत्पादन सामान्यतः एक्सट्रॅक्शन क्रोमॅटोग्राफी किंवा आयन एक्सचेंज पद्धतीद्वारे केले जाते.

अर्ज

विशेष मिश्रधातूंच्या निर्मितीसाठी वापरले जाते.यटरबियम मिश्र धातुमेटलर्जिकल आणि रासायनिक प्रयोगांसाठी दंत औषधांमध्ये लागू केले गेले आहे.

अलिकडच्या वर्षांत, फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन आणि लेसर तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात यटरबियम उदयास आले आहे आणि वेगाने विकसित झाले आहे.

"माहिती महामार्ग" च्या बांधकाम आणि विकासासह, संगणक नेटवर्क आणि लांब-अंतराच्या ऑप्टिकल फायबर ट्रान्समिशन सिस्टमला ऑप्टिकल कम्युनिकेशनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ऑप्टिकल फायबर सामग्रीच्या कामगिरीसाठी वाढत्या उच्च आवश्यकता आहेत. यटरबियम आयन, त्यांच्या उत्कृष्ट वर्णक्रमीय गुणधर्मांमुळे, ऑप्टिकल कम्युनिकेशनसाठी फायबर ॲम्प्लीफिकेशन सामग्री म्हणून वापरले जाऊ शकतात, जसेएर्बियमआणिथुलिअम. जरी दुर्मिळ पृथ्वी घटक एर्बियम हे फायबर ॲम्प्लिफायर तयार करण्यात मुख्य खेळाडू असले तरी, पारंपारिक एर्बियम-डोपड क्वार्ट्ज तंतूंमध्ये कमी वाढलेली बँडविड्थ (30nm) असते, ज्यामुळे उच्च-गती आणि उच्च-क्षमता माहिती प्रसारणाच्या आवश्यकता पूर्ण करणे कठीण होते. Yb3+आयनमध्ये 980nm च्या आसपास Er3+आयन पेक्षा जास्त शोषण क्रॉस-सेक्शन आहे. Yb3+ चे संवेदीकरण प्रभाव आणि एर्बियम आणि यटरबियमच्या ऊर्जा हस्तांतरणाद्वारे, 1530nm प्रकाश मोठ्या प्रमाणात वाढविला जाऊ शकतो, ज्यामुळे प्रकाशाच्या प्रवर्धन कार्यक्षमतेत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होते.

अलिकडच्या वर्षांत, एर्बियम यटरबियम को डोपेड फॉस्फेट ग्लासला संशोधकांनी अधिक पसंती दिली आहे. फॉस्फेट आणि फ्लोरोफॉस्फेट ग्लासेसमध्ये चांगली रासायनिक आणि थर्मल स्थिरता आहे, तसेच विस्तृत इन्फ्रारेड ट्रान्समिटन्स आणि मोठ्या नॉन-युनिफॉर्म ब्रॉडिंग वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामुळे ते ब्रॉडबँड आणि उच्च लाभ एर्बियम-डोपड ॲम्प्लीफिकेशन फायबर ग्लाससाठी आदर्श साहित्य बनतात. Yb3+डोपड फायबर ॲम्प्लीफायर्स पॉवर ॲम्प्लीफिकेशन आणि लहान सिग्नल ॲम्प्लीफिकेशन मिळवू शकतात, ज्यामुळे ते फायबर ऑप्टिक सेन्सर्स, फ्री स्पेस लेझर कम्युनिकेशन आणि अल्ट्रा शॉर्ट पल्स ॲम्प्लीफिकेशन यासारख्या फील्डसाठी योग्य बनतात. चीनने सध्या जगातील सर्वात मोठी सिंगल चॅनेल क्षमता आणि सर्वात वेगवान ऑप्टिकल ट्रान्समिशन सिस्टम तयार केली आहे आणि जगातील सर्वात विस्तृत माहिती महामार्ग आहे. यटरबियम डोपड आणि इतर दुर्मिळ पृथ्वी डोप केलेले फायबर ॲम्प्लिफायर आणि लेसर सामग्री त्यांच्यामध्ये महत्त्वपूर्ण आणि महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात.

यटरबियमची वर्णक्रमीय वैशिष्ट्ये लेसर क्रिस्टल्स, लेसर ग्लासेस आणि फायबर लेसर म्हणून उच्च-गुणवत्तेची लेसर सामग्री म्हणून देखील वापरली जातात. उच्च-शक्ती लेसर सामग्री म्हणून, यटरबियम डोपेड लेसर क्रिस्टल्सने यटरबियम डोपेडसह एक प्रचंड मालिका तयार केली आहेयट्रियम ॲल्युमिनियमगार्नेट (Yb: YAG), ytterbium dopedगॅडोलिनियमगॅलियम गार्नेट (Yb: GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb: FAP), ytterbium doped strontium fluorophosphate (Yb: S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadate (Yb: YV04), ytterbium doped आणि silicum doped. सेमीकंडक्टर लेसर (LD) हा सॉलिड-स्टेट लेसरसाठी पंप स्त्रोताचा एक नवीन प्रकार आहे. Yb: YAG मध्ये उच्च-शक्तीच्या LD पंपिंगसाठी योग्य असलेली अनेक वैशिष्ट्ये आहेत आणि उच्च-शक्ती LD पंपिंगसाठी लेसर सामग्री बनली आहे. Yb: S-FAP क्रिस्टल भविष्यात लेसर न्यूक्लियर फ्यूजनसाठी लेसर सामग्री म्हणून वापरला जाऊ शकतो, ज्याने लोकांचे लक्ष वेधले आहे. ट्यून करण्यायोग्य लेसर क्रिस्टल्समध्ये, क्रोमियम यटरबियम हॉलमियम यट्रियम ॲल्युमिनियम गॅलियम गार्नेट (Cr, Yb, Ho: YAGG) असते ज्याची तरंगलांबी 2.84 ते 3.05 μ दरम्यान सतत समायोजित करता येते. आकडेवारीनुसार, जगभरातील क्षेपणास्त्रांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक इन्फ्रारेड वॉरहेड्स 3-5 μ वापरतात म्हणून, Cr, Yb, Ho: YSGG लेसरचा विकास मध्यम इन्फ्रारेड मार्गदर्शित शस्त्रास्त्र प्रतिकारासाठी प्रभावी हस्तक्षेप प्रदान करू शकतो आणि त्याचे लष्करी महत्त्व आहे. चीनने ytterbium doped लेसर क्रिस्टल्स (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, इ.) च्या क्षेत्रात आंतरराष्ट्रीय प्रगत पातळीसह नाविन्यपूर्ण परिणामांची मालिका प्राप्त केली आहे, क्रिस्टल वाढ आणि लेसर जलद, नाडी, यांसारख्या महत्त्वाच्या तंत्रज्ञानाचे निराकरण केले आहे. सतत, आणि समायोज्य आउटपुट. संशोधन परिणाम राष्ट्रीय संरक्षण, उद्योग आणि वैज्ञानिक अभियांत्रिकीमध्ये लागू केले गेले आहेत आणि यटरबियम डोपड क्रिस्टल उत्पादने युनायटेड स्टेट्स आणि जपान सारख्या अनेक देशांमध्ये आणि प्रदेशांमध्ये निर्यात केली गेली आहेत.

यटरबियम लेसर सामग्रीची आणखी एक प्रमुख श्रेणी म्हणजे लेसर ग्लास. जर्मेनियम टेल्युराइट, सिलिकॉन निओबेट, बोरेट आणि फॉस्फेटसह विविध उच्च उत्सर्जन क्रॉस-सेक्शन लेसर ग्लासेस विकसित केले गेले आहेत. काचेच्या मोल्डिंगच्या सुलभतेमुळे, ते मोठ्या आकारात बनवले जाऊ शकते आणि उच्च प्रकाश संप्रेषण आणि उच्च एकसमानता यासारखी वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामुळे उच्च-शक्तीचे लेसर तयार करणे शक्य होते. परिचित दुर्मिळ पृथ्वी लेसर ग्लास प्रामुख्याने असायचाneodymiumग्लास, ज्याचा विकास इतिहास 40 वर्षांहून अधिक आहे आणि परिपक्व उत्पादन आणि अनुप्रयोग तंत्रज्ञान आहे. उच्च-शक्तीच्या लेसर उपकरणांसाठी ही नेहमीच पसंतीची सामग्री राहिली आहे आणि ती आण्विक फ्यूजन प्रायोगिक उपकरणे आणि लेसर शस्त्रांमध्ये वापरली गेली आहे. चीनमध्ये तयार केलेली उच्च-शक्ती लेसर उपकरणे, ज्यामध्ये लेसरचा समावेश आहेneodymiumमुख्य लेसर माध्यम म्हणून काच, जगातील प्रगत पातळी गाठली आहे. पण लेसर निओडीमियम ग्लासला आता लेसर यटरबियम ग्लासचे शक्तिशाली आव्हान आहे.

अलिकडच्या वर्षांत, मोठ्या संख्येने अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की लेसर यटरबियम ग्लासचे बरेच गुणधर्म त्यांच्यापेक्षा जास्त आहेत.neodymiumकाच यटरबियम डोपड ल्युमिनेसेन्समध्ये फक्त दोन ऊर्जा पातळी आहेत या वस्तुस्थितीमुळे, ऊर्जा साठवण कार्यक्षमता जास्त आहे. त्याच फायद्यात, यटरबियम ग्लासमध्ये निओडीमियम ग्लासपेक्षा 16 पट जास्त ऊर्जा साठवण कार्यक्षमता असते आणि निओडीमियम ग्लासपेक्षा 3 पट अधिक फ्लूरोसेन्स असते. उच्च डोपिंग एकाग्रता, शोषण बँडविड्थ यांसारखे फायदे देखील आहेत आणि सेमिकंडक्टरद्वारे थेट पंप केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे ते उच्च-शक्तीच्या लेसरसाठी अतिशय योग्य बनते. तथापि, यटरबियम लेसर ग्लासचा व्यावहारिक उपयोग अनेकदा निओडीमियमच्या साहाय्यावर अवलंबून असतो, जसे की एनडी3+ हे सेन्सिटायझर म्हणून वापरून यटरबियम लेसर ग्लास खोलीच्या तपमानावर चालते आणि μ लेसर उत्सर्जन m तरंगलांबीवर होते. तर, यटरबियम आणि निओडीमियम हे दोन्ही लेसर ग्लासच्या क्षेत्रात प्रतिस्पर्धी आणि सहयोगी भागीदार आहेत.

काचेची रचना समायोजित करून, यटरबियम लेसर ग्लासचे अनेक ल्युमिनेसेंट गुणधर्म सुधारले जाऊ शकतात. मुख्य दिशा म्हणून उच्च-शक्तीच्या लेझरच्या विकासासह, यटरबियम लेसर ग्लासपासून बनविलेले लेसर आधुनिक उद्योग, शेती, औषध, वैज्ञानिक संशोधन आणि लष्करी अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात आहेत.

लष्करी वापर: न्यूक्लियर फ्यूजनद्वारे व्युत्पन्न केलेली ऊर्जा ऊर्जा म्हणून वापरणे हे नेहमीच अपेक्षित उद्दिष्ट राहिले आहे आणि नियंत्रित आण्विक संलयन साध्य करणे हे मानवजातीसाठी ऊर्जा समस्यांचे निराकरण करण्याचे एक महत्त्वाचे साधन असेल. Ytterbium doped लेसर ग्लास त्याच्या उत्कृष्ट लेसर कार्यक्षमतेमुळे 21 व्या शतकात inertial confinement fusion (ICF) अपग्रेड्स साध्य करण्यासाठी पसंतीची सामग्री बनत आहे.

लेझर शस्त्रे लेझर बीमची प्रचंड उर्जा लक्ष्यांवर हल्ला करण्यासाठी आणि नष्ट करण्यासाठी वापरतात, अब्जावधी अंश सेल्सिअस तापमान निर्माण करतात आणि थेट प्रकाशाच्या वेगाने हल्ला करतात. त्यांना नाडाना म्हणून संबोधले जाऊ शकते आणि त्यांच्याकडे प्रचंड प्राणघातक क्षमता आहे, विशेषत: युद्धातील आधुनिक हवाई संरक्षण शस्त्र प्रणालींसाठी उपयुक्त. यटरबियम डोपेड लेसर ग्लासच्या उत्कृष्ट कार्यक्षमतेमुळे उच्च-शक्ती आणि उच्च-कार्यक्षमता लेसर शस्त्रे तयार करण्यासाठी ते एक महत्त्वपूर्ण मूलभूत सामग्री बनले आहे.

फायबर लेसर हे वेगाने विकसित होत असलेले नवीन तंत्रज्ञान आहे आणि ते लेसर ग्लास ऍप्लिकेशन्सच्या क्षेत्राशीही संबंधित आहे. फायबर लेसर हे एक लेसर आहे जे फायबरचा लेसर माध्यम म्हणून वापर करते, जे फायबर आणि लेसर तंत्रज्ञानाच्या संयोजनाचे उत्पादन आहे. हे एर्बियम डोपेड फायबर ॲम्प्लिफायर (EDFA) तंत्रज्ञानाच्या आधारे विकसित केलेले नवीन लेसर तंत्रज्ञान आहे. फायबर लेसर पंप स्त्रोत म्हणून सेमीकंडक्टर लेसर डायोड, फायबर ऑप्टिक वेव्हगाइड आणि गेन मिडीयम आणि ग्रेटिंग फायबर आणि कप्लर्स सारख्या ऑप्टिकल घटकांनी बनलेला असतो. यासाठी ऑप्टिकल मार्गाचे यांत्रिक समायोजन आवश्यक नाही आणि यंत्रणा कॉम्पॅक्ट आणि समाकलित करणे सोपे आहे. पारंपारिक सॉलिड-स्टेट लेझर्स आणि सेमीकंडक्टर लेसरच्या तुलनेत, यात उच्च बीम गुणवत्ता, चांगली स्थिरता, पर्यावरणीय हस्तक्षेपास मजबूत प्रतिकार, कोणतेही समायोजन, देखभाल नाही आणि कॉम्पॅक्ट संरचना यासारखे तांत्रिक आणि कार्यप्रदर्शन फायदे आहेत. डोप केलेले आयन प्रामुख्याने Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3 हे सर्व दुर्मिळ पृथ्वीचे तंतू गेन माध्यम म्हणून वापरत असल्यामुळे, कंपनीने विकसित केलेले फायबर लेसर हे देखील करू शकते. याला रेअर अर्थ फायबर लेसर म्हटले जाते.

लेझर ऍप्लिकेशन: हाय पॉवर यटरबियम डोपड डबल क्लॅड फायबर लेसर हे सॉलिड-स्टेट लेसर तंत्रज्ञानामध्ये अलिकडच्या वर्षांत आंतरराष्ट्रीय स्तरावर एक हॉट फील्ड बनले आहे. यात चांगली बीम गुणवत्ता, कॉम्पॅक्ट संरचना आणि उच्च रूपांतरण कार्यक्षमतेचे फायदे आहेत आणि औद्योगिक प्रक्रिया आणि इतर क्षेत्रांमध्ये व्यापक अनुप्रयोग संभावना आहेत. डबल क्लेड यटरबियम डोपड फायबर सेमीकंडक्टर लेसर पंपिंगसाठी योग्य आहेत, उच्च कपलिंग कार्यक्षमता आणि उच्च लेसर आउटपुट पॉवरसह, आणि यटरबियम डोपड तंतूंच्या विकासाची मुख्य दिशा आहेत. चीनचे डबल क्लेड यटरबियम डोपेड फायबर तंत्रज्ञान आता परदेशातील प्रगत पातळीच्या बरोबरीने नाही. चीनमध्ये विकसित केलेले यटरबियम डोपड फायबर, डबल क्लेड यटरबियम डोपेड फायबर आणि एर्बियम यटरबियम को डोपेड फायबर कामगिरी आणि विश्वासार्हतेच्या बाबतीत समान परदेशी उत्पादनांच्या प्रगत पातळीपर्यंत पोहोचले आहेत, किमतीचे फायदे आहेत आणि अनेक उत्पादनांसाठी आणि पद्धतींसाठी मुख्य पेटंट तंत्रज्ञान आहे. .

जगप्रसिद्ध जर्मन IPG लेझर कंपनीने अलीकडेच जाहीर केले की त्यांच्या नव्याने लाँच केलेल्या यटरबियम डोपड फायबर लेसर प्रणालीमध्ये उत्कृष्ट बीम वैशिष्ट्ये, 50000 तासांहून अधिक पंप लाइफ, 1070nm-1080nm ची केंद्रीय उत्सर्जन तरंगलांबी आणि 20KW पर्यंत आउटपुट पॉवर आहे. हे दंड वेल्डिंग, कटिंग आणि रॉक ड्रिलिंगमध्ये लागू केले गेले आहे.

लेसर साहित्य हे लेसर तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी मुख्य आणि पाया आहेत. लेझर उद्योगात 'एक पिढी साहित्य, उपकरणांची एक पिढी' अशी एक म्हण नेहमीच आहे. प्रगत आणि व्यावहारिक लेसर उपकरणे विकसित करण्यासाठी, प्रथम उच्च-कार्यक्षमता लेसर सामग्री असणे आणि इतर संबंधित तंत्रज्ञान एकत्रित करणे आवश्यक आहे. यटरबियम डोपेड लेसर क्रिस्टल्स आणि लेसर ग्लास, घन लेसर सामग्रीची नवीन शक्ती म्हणून, फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन आणि लेसर तंत्रज्ञानाच्या नाविन्यपूर्ण विकासास प्रोत्साहन देत आहेत, विशेषत: उच्च-शक्ती न्यूक्लियर फ्यूजन लेसर, उच्च-ऊर्जा बीट सारख्या अत्याधुनिक लेसर तंत्रज्ञानामध्ये. टाइल लेसर आणि उच्च-ऊर्जा शस्त्र लेसर.

याव्यतिरिक्त, यटरबियमचा वापर फ्लोरोसेंट पावडर ॲक्टिव्हेटर, रेडिओ सिरॅमिक्स, इलेक्ट्रॉनिक कॉम्प्युटर मेमरी घटकांसाठी (चुंबकीय बुडबुडे) आणि ऑप्टिकल ग्लास ॲडिटीव्ह म्हणून देखील केला जातो. हे निदर्शनास आणले पाहिजे की यट्रियम आणि यट्रियम हे दोन्ही दुर्मिळ पृथ्वी घटक आहेत. जरी इंग्रजी नावे आणि घटक चिन्हांमध्ये लक्षणीय फरक आहेत, चीनी ध्वन्यात्मक वर्णमाला समान अक्षरे आहेत. काही चीनी भाषांतरांमध्ये, य्ट्रियमला ​​कधीकधी चुकून य्ट्रियम असे संबोधले जाते. या प्रकरणात, आम्हाला मूळ मजकूर ट्रेस करणे आणि पुष्टी करण्यासाठी घटक चिन्हे एकत्र करणे आवश्यक आहे.