イッテルビウム: 原子番号 70、原子量 173.04、元素名は発見場所に由来します。地殻中のイッテルビウムの含有量は 0.000266% で、主にリン鉱床と黒色の希少金鉱床に存在します。モナザイトの含有量は0.03%で、天然同位体は7つあります。
発見した
投稿者: マリナク
時間: 1878
場所: スイス
1878年、スイスの化学者ジャン・シャルルとG・マリニャックは「エルビウム」に含まれる新しい希土類元素を発見しました。 1907年、ウルバンとワイルズは、マリニャックが酸化ルテチウムと酸化イッテルビウムの混合物を分離したことを指摘した。イットリウム鉱石が発見されたストックホルム近郊のイテールビという小さな村を記念して、この新元素は記号 Yb を付けてイッテルビウムと名付けられました。
電子配置
電子配置
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
金属
金属イッテルビウムはシルバーグレーで延性があり、柔らかい質感を持っています。室温では、イッテルビウムは空気と水によってゆっくりと酸化されます。
結晶構造は 2 つあります。 α- タイプは面心立方晶系 (室温 -798 ℃) です。 β- タイプは体心立方格子（798℃以上）です。融点824℃、沸点1427℃、相対密度6.977（α-タイプ）、6.54（β-タイプ）。
冷水に溶けず、酸と液体アンモニアに溶けます。空中ではかなり安定しています。サマリウムやユウロピウムと同様に、イッテルビウムは可変価数の希土類に属し、通常は 3 価であることに加えて、正の 2 価の状態になることもあります。
この可変価数特性のため、金属イッテルビウムの調製は電気分解ではなく、還元蒸留法で調製および精製する必要があります。通常、金属ランタンは、金属イッテルビウムの蒸気圧の高さと金属ランタンの蒸気圧の低さとの差を利用して、還元蒸留の還元剤として使用されます。あるいは、ツリウム、 イッテルビウム、 そしてルテチウム濃縮物は原料として使用でき、金属ランタン還元剤として使用できます。 >1100℃、<0.133Paの高温真空条件下で、還元蒸留により金属イッテルビウムを直接抽出できます。サマリウムやユウロピウムと同様に、イッテルビウムも湿式還元によって分離および精製できます。通常、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの濃縮物が原料として使用されます。溶解後、イッテルビウムは 2 価の状態に還元され、特性に大きな違いが生じ、その後、他の 3 価のレアアースから分離されます。高純度の製品の製造酸化イッテルビウム通常、抽出クロマトグラフィーまたはイオン交換法によって行われます。
応用
特殊合金の製造に使用されます。イッテルビウム合金は、歯科医学の冶金実験や化学実験に応用されています。
近年、イッテルビウムが出現し、光ファイバー通信やレーザー技術の分野で急速に発展しました。
「情報ハイウェイ」の構築・発展に伴い、コンピュータネットワークや長距離光ファイバ伝送システムでは、光通信に使用される光ファイバ材料の性能に対する要求がますます高まっています。イッテルビウム イオンは、その優れたスペクトル特性により、エルビウムやツリウムと同様に、光通信用のファイバー増幅材料として使用できます。希土類元素であるエルビウムは依然としてファイバー増幅器の製造において主要な役割を果たしていますが、従来のエルビウムをドープした石英ファイバーは利得帯域幅（30nm）が小さいため、高速かつ大容量の情報伝送の要件を満たすことが困難でした。 Yb3+ イオンは、980nm 付近で Er3+ イオンよりもはるかに大きな吸収断面積を持っています。 Yb3+ の増感効果とエルビウムとイッテルビウムのエネルギー移動により、1530nm の光が大幅に増強され、光の増幅効率が大幅に向上します。
近年、エルビウム・イッテルビウムを共ドープしたリン酸塩ガラスが研究者の間でますます好まれています。リン酸塩ガラスおよびフッ化リン酸塩ガラスは、良好な化学的および熱的安定性に加え、広い赤外線透過率と大きな不均一な広がり特性を備えているため、広帯域および高利得のエルビウムドープ増幅用ファイバーガラスにとって理想的な材料となります。 Yb3+ドープファイバ増幅器は、パワー増幅と小信号増幅を実現できるため、光ファイバセンサー、自由空間レーザー通信、超短パルス増幅などの分野に適しています。中国は現在、世界最大の単一チャネル容量と最速の速度の光伝送システムを構築し、世界最大の情報ハイウェイを持っています。イッテルビウムをドープした、その他の希土類をドープしたファイバー増幅器やレーザー材料は、それらにおいて重要かつ重要な役割を果たします。
イッテルビウムのスペクトル特性は、レーザー結晶、レーザーガラス、ファイバーレーザーなどの高品質レーザー材料としても使用されます。高出力レーザー材料として、イッテルビウムドープレーザー結晶は、イッテルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Yb: YAG）、イッテルビウムドープガドリニウムガリウムガーネット（Yb: GGG）、イッテルビウムドープフッ化リン酸カルシウム（Yb: FAP）などの巨大なシリーズを形成しています。 、イッテルビウムドープストロンチウムフルオロリン酸塩（Yb：S-FAP）、イッテルビウムドープバナジン酸イットリウム（Yb：YV04）、イッテルビウムドープホウ酸塩、ケイ酸塩。半導体レーザー (LD) は、固体レーザー用の新しいタイプのポンプ光源です。 Yb:YAGは高出力LD励起に適した多くの特性を有しており、高出力LD励起用のレーザー材料となっている。 Yb: S-FAP結晶は将来、レーザー核融合のレーザー材料として利用される可能性があり、注目を集めています。波長可変レーザー結晶には、クロム イッテルビウム ホルミウム イットリウム アルミニウム ガリウム ガーネット (Cr、Yb、Ho: YAGG) があり、波長範囲は 2.84 ～ 3.05 μm の間で連続的に調整できます。統計によると、世界中のミサイルに使用されている赤外線弾頭のほとんどは 3 ～ 5 μ を使用しています。したがって、Cr、Yb、Ho:YSGG レーザーの開発は、中赤外線誘導兵器対策に効果的な干渉を提供でき、重要な軍事的意義があります。中国はイッテルビウムドープレーザー結晶（Yb:YAG、Yb:FAP、Yb:SFAPなど）の分野で国際先進レベルの一連の革新的な成果を達成し、結晶成長やレーザー高速、パルス、レーザーなどの主要技術を解決しました。連続的かつ調整可能な出力。研究成果は国防、産業、科学技術分野に応用され、イッテルビウムドープ結晶製品は米国や日本など複数の国や地域に輸出されている。
イッテルビウム レーザー材料のもう 1 つの主要なカテゴリはレーザー ガラスです。亜テルル酸ゲルマニウム、ニオブ酸シリコン、ホウ酸塩、リン酸塩など、さまざまな高発光断面積のレーザーガラスが開発されています。ガラス成型が容易なため大型化が可能であり、光透過率や均一性が高いなどの特徴があり、高出力レーザーの作製が可能です。身近な希土類レーザー用ガラスは、40年以上の開発の歴史と成熟した製造・応用技術を持つネオジムガラスが主流でした。これは常に高出力レーザー装置に好まれる材料であり、核融合実験装置やレーザー兵器に使用されてきました。中国で製造された高出力レーザー装置は、レーザーネオジムガラスを主レーザー媒体として構成されており、世界先進レベルに達しています。しかし、レーザー ネオジム ガラスは現在、レーザー イッテルビウム ガラスによる強力な課題に直面しています。
近年、レーザー用イッテルビウム ガラスの多くの特性がネオジム ガラスの特性を上回ることが多数の研究で示されています。イッテルビウムをドープした発光には 2 つのエネルギー準位しかないため、エネルギー貯蔵効率が高くなります。同じ利得において、イッテルビウム ガラスはネオジム ガラスよりも 16 倍高いエネルギー貯蔵効率と、ネオジム ガラスの 3 倍の蛍光寿命を持っています。また、高いドーピング濃度、吸収帯域幅などの利点があり、半導体によって直接励起できるため、高出力レーザーに非常に適しています。ただし、イッテルビウム レーザー ガラスの実用化は、イッテルビウム レーザー ガラスを室温で動作させ、μ レーザー発光をμ 波長で実現するために増感剤として Nd3+ を使用するなど、ネオジムの助けに依存することがよくあります。したがって、イッテルビウムとネオジムはどちらもレーザーガラスの分野における競合相手であり、協力パートナーでもあります。
ガラス組成を調整することにより、イッテルビウムレーザーガラスの多くの発光特性を改善できます。高出力レーザーの開発が主な方向として、イッテルビウムレーザーガラスで作られたレーザーは、現代の産業、農業、医療、科学研究、軍事用途でますます広く使用されています。
軍事利用：核融合によって生成されるエネルギーをエネルギーとして利用することは常に期待されており、制御された核融合の実現は人類にとってエネルギー問題を解決する重要な手段となる。イッテルビウムをドープしたレーザーガラスは、その優れたレーザー性能により、21 世紀の慣性閉じ込め核融合 (ICF) のアップグレードを実現するための好ましい材料となりつつあります。
レーザー兵器は、レーザー光線の膨大なエネルギーを使用して標的を攻撃して破壊し、摂氏数十億度の温度を発生させ、光の速度で直接攻撃します。これらはナダナと呼ばれることがあり、高い致死性を備えており、特に戦争における現代の防空兵器システムに適しています。イッテルビウムドープレーザーガラスの優れた性能により、高出力かつ高性能レーザー兵器を製造するための重要な基礎材料となっています。
ファイバーレーザーは急速に発展している新技術であり、レーザーガラスの応用分野にも属します。ファイバーレーザーは、レーザー媒体としてファイバーを使用するレーザーであり、ファイバー技術とレーザー技術を組み合わせた製品です。これは、エルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA) 技術に基づいて開発された新しいレーザー技術です。ファイバーレーザーは、ポンプ光源としての半導体レーザーダイオード、光ファイバー導波路と利得媒体、およびグレーティングファイバーやカプラーなどの光学部品で構成されています。機械的な光路調整が不要で、機構がコンパクトで組み込みが容易です。従来の固体レーザーや半導体レーザーと比較して、高いビーム品質、良好な安定性、環境干渉に対する強い耐性、調整不要、メンテナンス不要、コンパクトな構造などの技術的および性能上の利点があります。ドープされたイオンは主に Nd+3、Yb+3、Er+3、Tm+3、Ho+3 であり、これらはすべて利得媒体として希土類ファイバーを使用しているため、同社が開発したファイバーレーザーは、希土類ファイバーレーザーと呼ばれます。
レーザー応用: 高出力イッテルビウムドープダブルクラッドファイバーレーザーは、近年国際的に固体レーザー技術の注目分野となっています。良好なビーム品質、コンパクトな構造、高い変換効率という利点があり、工業処理やその他の分野での幅広い応用の可能性があります。ダブルクラッドイッテルビウムドープファイバは、高い結合効率と高いレーザ出力パワーを備え、半導体レーザ励起に適しており、イッテルビウムドープファイバの主な開発方向となっている。中国の二重クラッドイッテルビウムドープファイバー技術は、もはや外国の先進レベルと同等ではない。中国で開発されたイッテルビウムドープファイバ、ダブルクラッドイッテルビウムドープファイバ、およびエルビウムイッテルビウム共ドープファイバは、性能と信頼性の点で同様の海外製品の高度なレベルに達しており、コスト面での優位性があり、複数の製品と方法に対するコア技術を特許取得しています。 。
世界的に有名なドイツのIPGレーザー会社は最近、同社が新たに発売したイッテルビウムドープファイバーレーザーシステムが優れたビーム特性、50000時間以上のポンプ寿命、1070nm～1080nmの中心発光波長、最大20KWの出力を備えていると発表した。精密溶接、切断、削岩などに応用されています。
レーザー材料はレーザー技術開発の中核であり基盤です。レーザー業界には、「材料の 1 世代、デバイスの 1 世代」という格言があります。先進的かつ実用的なレーザーデバイスを開発するには、まず高性能なレーザー材料の保有と関連技術の融合が必要です。イッテルビウムドープレーザー結晶とレーザーガラスは、固体レーザー材料の新たな力として、光ファイバー通信とレーザー技術、特に高出力核融合レーザー、高エネルギービートなどの最先端のレーザー技術の革新的な開発を促進しています。タイルレーザーと高エネルギー兵器レーザー。
さらに、イッテルビウムは、蛍光粉末活性化剤、ラジオセラミックス、電子コンピューターのメモリー部品 (磁気泡) の添加剤、および光学ガラスの添加剤としても使用されます。イットリウムとイットリウムは両方とも希土類元素であることに注意してください。英語名と元素記号には大きな違いがありますが、中国語の発音アルファベットは同じ音節を持っています。一部の中国語訳では、イットリウムが誤ってイットリウムと呼ばれることがあります。この場合、原文をトレースして元素記号を組み合わせて確認する必要があります。
投稿日時: 2023 年 8 月 30 日