जादुई दुर्लभ पृथ्वी तत्व: येटेरबियम

यटरबियम: परमाणु क्रमांक 70, परमाणु भार 173.04, तत्व का नाम उसके खोज स्थान से प्राप्त हुआ। भूपर्पटी में येटरबियम की मात्रा 0.000266% है, जो मुख्य रूप से फॉस्फोराइट और काले दुर्लभ सोने के भंडार में मौजूद है। मोनाज़ाइट में सामग्री 0.03% है, और 7 प्राकृतिक आइसोटोप हैं

की खोज की

द्वारा: मारिनक

समय: 1878

स्थान: स्विट्जरलैंड

1878 में, स्विस रसायनज्ञ जीन चार्ल्स और जी मैरिग्नैक ने "एर्बियम" में एक नए दुर्लभ पृथ्वी तत्व की खोज की। 1907 में, उलबन और वील्स ने बताया कि मैरिग्नैक ने ल्यूटेटियम ऑक्साइड और येटरबियम ऑक्साइड के मिश्रण को अलग कर दिया। स्टॉकहोम के पास येटेर्बी नाम के छोटे से गाँव की याद में, जहाँ येट्रियम अयस्क की खोज की गई थी, इस नए तत्व को प्रतीक Yb के साथ येटेरबियम नाम दिया गया।

इलेक्ट्रॉन विन्यास

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

धातु

धात्विक येटरबियम सिल्वर ग्रे, नमनीय और मुलायम बनावट वाला होता है। कमरे के तापमान पर, यटरबियम को हवा और पानी द्वारा धीरे-धीरे ऑक्सीकृत किया जा सकता है।

दो क्रिस्टल संरचनाएं हैं: α- प्रकार एक चेहरा केंद्रित घन क्रिस्टल प्रणाली है (कमरे का तापमान -798 ℃); β- प्रकार एक शरीर केंद्रित घन (798 ℃ से ऊपर) जाली है। गलनांक 824 ℃, क्वथनांक 1427 ℃, सापेक्ष घनत्व 6.977 (α- प्रकार), 6.54 (β- प्रकार)।

ठंडे पानी में अघुलनशील, एसिड और तरल अमोनिया में घुलनशील। यह हवा में काफी स्थिर है. समैरियम और युरोपियम के समान, येटरबियम वैरिएबल वैलेंस दुर्लभ पृथ्वी से संबंधित है, और आमतौर पर त्रिसंयोजक होने के अलावा एक सकारात्मक द्विसंयोजक स्थिति में भी हो सकता है।

इस परिवर्तनशील संयोजकता विशेषता के कारण, धात्विक यटरबियम की तैयारी इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा नहीं की जानी चाहिए, बल्कि तैयारी और शुद्धिकरण के लिए कमी आसवन विधि द्वारा की जानी चाहिए। आमतौर पर, लैंथेनम धातु का उपयोग कम करने वाले आसवन के लिए एक कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है, येटरबियम धातु के उच्च वाष्प दबाव और लैंथेनम धातु के कम वाष्प दबाव के बीच अंतर का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक रूप से,थ्यूलियम, ytterbium, औरल्यूटेशियमसांद्रणों का उपयोग कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है, औरधातु लैंथेनमएक कम करने वाले एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। >1100 ℃ और <0.133Pa की उच्च तापमान निर्वात स्थितियों के तहत, धातु येटरबियम को सीधे कमी आसवन द्वारा निकाला जा सकता है। समैरियम और युरोपियम की तरह येटरबियम को भी गीले रिडक्शन के माध्यम से अलग और शुद्ध किया जा सकता है। आमतौर पर, थ्यूलियम, यटरबियम और ल्यूटेटियम सांद्रण का उपयोग कच्चे माल के रूप में किया जाता है। विघटन के बाद, येटरबियम एक द्विसंयोजक अवस्था में कम हो जाता है, जिससे गुणों में महत्वपूर्ण अंतर होता है, और फिर अन्य त्रिसंयोजक दुर्लभ पृथ्वी से अलग हो जाता है। उच्च शुद्धता का उत्पादनयटरबियम ऑक्साइडआमतौर पर निष्कर्षण क्रोमैटोग्राफी या आयन एक्सचेंज विधि द्वारा किया जाता है।

आवेदन

विशेष मिश्रधातुओं के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है। धातुकर्म और रासायनिक प्रयोगों के लिए दंत चिकित्सा में येटरबियम मिश्र धातुओं का उपयोग किया गया है।

हाल के वर्षों में, येटरबियम फाइबर ऑप्टिक संचार और लेजर प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में उभरा है और तेजी से विकसित हुआ है।

"सूचना राजमार्ग" के निर्माण और विकास के साथ, कंप्यूटर नेटवर्क और लंबी दूरी की ऑप्टिकल फाइबर ट्रांसमिशन प्रणालियों में ऑप्टिकल संचार में उपयोग की जाने वाली ऑप्टिकल फाइबर सामग्री के प्रदर्शन के लिए उच्च आवश्यकताएं बढ़ रही हैं। येटरबियम आयन, अपने उत्कृष्ट वर्णक्रमीय गुणों के कारण, एर्बियम और थ्यूलियम की तरह, ऑप्टिकल संचार के लिए फाइबर प्रवर्धन सामग्री के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं। यद्यपि दुर्लभ पृथ्वी तत्व एर्बियम अभी भी फाइबर एम्पलीफायरों की तैयारी में मुख्य खिलाड़ी है, पारंपरिक एर्बियम-डॉप्ड क्वार्ट्ज फाइबर में एक छोटी लाभ बैंडविड्थ (30 एनएम) होती है, जिससे उच्च गति और उच्च क्षमता सूचना संचरण की आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। Yb3+आयनों का अवशोषण क्रॉस-सेक्शन लगभग 980nm वाले Er3+आयनों की तुलना में बहुत बड़ा है। Yb3+ के संवेदीकरण प्रभाव और एर्बियम और येटरबियम के ऊर्जा हस्तांतरण के माध्यम से, 1530nm प्रकाश को काफी बढ़ाया जा सकता है, जिससे प्रकाश की प्रवर्धन दक्षता में काफी सुधार होता है।

हाल के वर्षों में, एरबियम येटरबियम सह डोप्ड फॉस्फेट ग्लास को शोधकर्ताओं द्वारा तेजी से पसंद किया जा रहा है। फॉस्फेट और फ्लोरोफॉस्फेट ग्लास में अच्छी रासायनिक और थर्मल स्थिरता होती है, साथ ही व्यापक अवरक्त संप्रेषण और बड़ी गैर-समान चौड़ीकरण विशेषताएं होती हैं, जो उन्हें ब्रॉडबैंड और उच्च लाभ एर्बियम-डोप्ड एम्प्लीफिकेशन फाइबर ग्लास के लिए आदर्श सामग्री बनाती हैं। Yb3+डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर पावर एम्प्लीफिकेशन और छोटे सिग्नल एम्प्लीफिकेशन प्राप्त कर सकते हैं, जो उन्हें फाइबर ऑप्टिक सेंसर, फ्री स्पेस लेजर संचार और अल्ट्रा शॉर्ट पल्स एम्प्लीफिकेशन जैसे क्षेत्रों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। चीन ने वर्तमान में दुनिया की सबसे बड़ी एकल चैनल क्षमता और सबसे तेज़ गति वाली ऑप्टिकल ट्रांसमिशन प्रणाली का निर्माण किया है, और उसके पास दुनिया का सबसे चौड़ा सूचना राजमार्ग है। येटरबियम डोप्ड और अन्य दुर्लभ पृथ्वी डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर और लेजर सामग्री उनमें महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

येटरबियम की वर्णक्रमीय विशेषताओं का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाली लेजर सामग्री के रूप में भी किया जाता है, लेजर क्रिस्टल, लेजर ग्लास और फाइबर लेजर दोनों के रूप में। एक उच्च-शक्ति लेजर सामग्री के रूप में, येटरबियम डोप्ड लेजर क्रिस्टल ने एक विशाल श्रृंखला बनाई है, जिसमें येटरबियम डोप्ड येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (Yb: YAG), येटरबियम डोप्ड गैडोलीनियम गैलियम गार्नेट (Yb: GGG), येटरबियम डोप्ड कैल्शियम फ्लोरोफॉस्फेट (Yb: FAP) शामिल हैं। , येटरबियम डोप्ड स्ट्रोंटियम फ्लोरोफॉस्फेट (Yb: S-FAP), येटरबियम डोप्ड येट्रियम वैनाडेट (Yb: YV04), येटरबियम डोप्ड बोरेट, और सिलिकेट। सेमीकंडक्टर लेजर (एलडी) सॉलिड-स्टेट लेजर के लिए एक नए प्रकार का पंप स्रोत है। वाईबी: YAG में उच्च-शक्ति एलडी पंपिंग के लिए उपयुक्त कई विशेषताएं हैं और यह उच्च-शक्ति एलडी पंपिंग के लिए एक लेजर सामग्री बन गया है। वाईबी: एस-एफएपी क्रिस्टल का उपयोग भविष्य में लेजर परमाणु संलयन के लिए लेजर सामग्री के रूप में किया जा सकता है, जिसने लोगों का ध्यान आकर्षित किया है। ट्यून करने योग्य लेजर क्रिस्टल में, क्रोमियम येटरबियम होल्मियम येट्रियम एल्यूमीनियम गैलियम गार्नेट (सीआर, वाईबी, हो: वाईएजीजी) होता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य 2.84 से 3.05 μ तक होती है और एम के बीच लगातार समायोज्य होती है। आंकड़ों के मुताबिक, दुनिया भर में मिसाइलों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इन्फ्रारेड वॉरहेड 3-5 μ का उपयोग करते हैं, इसलिए सीआर, वाईबी, हो: वाईएसजीजी लेजर का विकास मध्य इन्फ्रारेड निर्देशित हथियार काउंटरमेशर्स के लिए प्रभावी हस्तक्षेप प्रदान कर सकता है, और इसका महत्वपूर्ण सैन्य महत्व है। चीन ने येटरबियम डोप्ड लेजर क्रिस्टल (वाईबी: वाईएजी, वाईबी: एफएपी, वाईबी: एसएफएपी इत्यादि) के क्षेत्र में अंतरराष्ट्रीय उन्नत स्तर के साथ अभिनव परिणामों की एक श्रृंखला हासिल की है, जो क्रिस्टल विकास और लेजर फास्ट, पल्स जैसी प्रमुख प्रौद्योगिकियों को हल कर रही है। निरंतर, और समायोज्य आउटपुट। अनुसंधान के परिणाम राष्ट्रीय रक्षा, उद्योग और वैज्ञानिक इंजीनियरिंग में लागू किए गए हैं, और येटरबियम डोप्ड क्रिस्टल उत्पादों को संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान जैसे कई देशों और क्षेत्रों में निर्यात किया गया है।

येटरबियम लेजर सामग्री की एक अन्य प्रमुख श्रेणी लेजर ग्लास है। विभिन्न उच्च उत्सर्जन क्रॉस-सेक्शन लेजर ग्लास विकसित किए गए हैं, जिनमें जर्मेनियम टेल्यूराइट, सिलिकॉन नाइओबेट, बोरेट और फॉस्फेट शामिल हैं। ग्लास मोल्डिंग में आसानी के कारण, इसे बड़े आकार में बनाया जा सकता है और इसमें उच्च प्रकाश संप्रेषण और उच्च एकरूपता जैसी विशेषताएं हैं, जिससे उच्च शक्ति वाले लेजर का उत्पादन संभव हो जाता है। परिचित दुर्लभ पृथ्वी लेजर ग्लास मुख्य रूप से नियोडिमियम ग्लास हुआ करता था, जिसका 40 वर्षों से अधिक का विकास इतिहास और परिपक्व उत्पादन और अनुप्रयोग प्रौद्योगिकी है। यह हमेशा उच्च शक्ति वाले लेजर उपकरणों के लिए पसंदीदा सामग्री रही है और इसका उपयोग परमाणु संलयन प्रायोगिक उपकरणों और लेजर हथियारों में किया गया है। चीन में निर्मित उच्च शक्ति वाले लेजर उपकरण, जिनमें मुख्य लेजर माध्यम के रूप में लेजर नियोडिमियम ग्लास शामिल है, दुनिया के उन्नत स्तर पर पहुंच गए हैं। लेकिन लेज़र नियोडिमियम ग्लास को अब लेज़र येटरबियम ग्लास से एक शक्तिशाली चुनौती का सामना करना पड़ रहा है।

हाल के वर्षों में, बड़ी संख्या में अध्ययनों से पता चला है कि लेज़र येटरबियम ग्लास के कई गुण नियोडिमियम ग्लास से अधिक हैं। इस तथ्य के कारण कि येटरबियम डोप्ड ल्यूमिनसेंस में केवल दो ऊर्जा स्तर होते हैं, ऊर्जा भंडारण दक्षता अधिक होती है। समान लाभ पर, येटरबियम ग्लास की ऊर्जा भंडारण क्षमता नियोडिमियम ग्लास की तुलना में 16 गुना अधिक है, और प्रतिदीप्ति जीवनकाल नियोडिमियम ग्लास की तुलना में 3 गुना अधिक है। इसमें उच्च डोपिंग सांद्रता, अवशोषण बैंडविड्थ जैसे फायदे भी हैं, और इसे सीधे अर्धचालकों द्वारा पंप किया जा सकता है, जो इसे उच्च-शक्ति लेजर के लिए बहुत उपयुक्त बनाता है। हालाँकि, येटरबियम लेजर ग्लास का व्यावहारिक अनुप्रयोग अक्सर नियोडिमियम की सहायता पर निर्भर करता है, जैसे कि येटरबियम लेजर ग्लास को कमरे के तापमान पर संचालित करने के लिए एक सेंसिटाइज़र के रूप में Nd3+ का उपयोग करना और μ लेजर उत्सर्जन एम तरंग दैर्ध्य पर प्राप्त किया जाता है। तो, लेज़र ग्लास के क्षेत्र में येटरबियम और नियोडिमियम दोनों प्रतिस्पर्धी और सहयोगी भागीदार हैं।

ग्लास संरचना को समायोजित करके, येटरबियम लेजर ग्लास के कई ल्यूमिनसेंट गुणों में सुधार किया जा सकता है। मुख्य दिशा के रूप में उच्च-शक्ति लेजर के विकास के साथ, आधुनिक उद्योग, कृषि, चिकित्सा, वैज्ञानिक अनुसंधान और सैन्य अनुप्रयोगों में येटरबियम लेजर ग्लास से बने लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है।

सैन्य उपयोग: परमाणु संलयन से उत्पन्न ऊर्जा का ऊर्जा के रूप में उपयोग करना हमेशा एक अपेक्षित लक्ष्य रहा है, और नियंत्रित परमाणु संलयन प्राप्त करना मानवता के लिए ऊर्जा समस्याओं को हल करने का एक महत्वपूर्ण साधन होगा। येटरबियम डोप्ड लेजर ग्लास अपने उत्कृष्ट लेजर प्रदर्शन के कारण 21वीं सदी में जड़त्वीय कारावास संलयन (आईसीएफ) उन्नयन प्राप्त करने के लिए पसंदीदा सामग्री बन रहा है।

लेज़र हथियार लक्ष्यों पर हमला करने और उन्हें नष्ट करने के लिए लेज़र बीम की विशाल ऊर्जा का उपयोग करते हैं, अरबों डिग्री सेल्सियस का तापमान पैदा करते हैं और सीधे प्रकाश की गति से हमला करते हैं। उन्हें नादाना के रूप में संदर्भित किया जा सकता है और उनमें अत्यधिक मारक क्षमता है, जो विशेष रूप से युद्ध में आधुनिक वायु रक्षा हथियार प्रणालियों के लिए उपयुक्त हैं। येटरबियम डोप्ड लेजर ग्लास के उत्कृष्ट प्रदर्शन ने इसे उच्च-शक्ति और उच्च-प्रदर्शन वाले लेजर हथियारों के निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण बुनियादी सामग्री बना दिया है।

फाइबर लेजर एक तेजी से विकसित होने वाली नई तकनीक है और लेजर ग्लास अनुप्रयोगों के क्षेत्र से भी संबंधित है। फ़ाइबर लेज़र एक लेज़र है जो फ़ाइबर को लेज़र माध्यम के रूप में उपयोग करता है, जो फ़ाइबर और लेज़र तकनीक के संयोजन का एक उत्पाद है। यह एक नई लेजर तकनीक है जिसे एर्बियम डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए) तकनीक के आधार पर विकसित किया गया है। एक फाइबर लेजर पंप स्रोत के रूप में एक अर्धचालक लेजर डायोड, एक फाइबर ऑप्टिक वेवगाइड और एक लाभ माध्यम, और झंझरी फाइबर और कप्लर्स जैसे ऑप्टिकल घटकों से बना होता है। इसमें ऑप्टिकल पथ के यांत्रिक समायोजन की आवश्यकता नहीं होती है, और तंत्र कॉम्पैक्ट और एकीकृत करने में आसान है। पारंपरिक सॉलिड-स्टेट लेजर और सेमीकंडक्टर लेजर की तुलना में, इसमें उच्च बीम गुणवत्ता, अच्छी स्थिरता, पर्यावरणीय हस्तक्षेप के लिए मजबूत प्रतिरोध, कोई समायोजन नहीं, कोई रखरखाव नहीं और कॉम्पैक्ट संरचना जैसे तकनीकी और प्रदर्शन लाभ हैं। इस तथ्य के कारण कि डोप किए गए आयन मुख्य रूप से एनडी+3, वाईबी+3, एर+3, टीएम+3, हो+3 हैं, जो सभी दुर्लभ पृथ्वी फाइबर को गेन मीडिया के रूप में उपयोग करते हैं, कंपनी द्वारा विकसित फाइबर लेजर भी कर सकता है इसे दुर्लभ पृथ्वी फाइबर लेजर कहा जाएगा।

लेजर अनुप्रयोग: हाई पावर येटरबियम डोप्ड डबल क्लैड फाइबर लेजर हाल के वर्षों में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर सॉलिड-स्टेट लेजर तकनीक में एक गर्म क्षेत्र बन गया है। इसमें अच्छी बीम गुणवत्ता, कॉम्पैक्ट संरचना और उच्च रूपांतरण दक्षता के फायदे हैं, और औद्योगिक प्रसंस्करण और अन्य क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। डबल क्लैड येटरबियम डोप्ड फाइबर सेमीकंडक्टर लेजर पंपिंग के लिए उपयुक्त हैं, उच्च युग्मन दक्षता और उच्च लेजर आउटपुट पावर के साथ, और येटरबियम डोप्ड फाइबर की मुख्य विकास दिशा हैं। चीन की डबल क्लैड येटरबियम डोप्ड फाइबर तकनीक अब विदेशी देशों के उन्नत स्तर के बराबर नहीं है। चीन में विकसित येटरबियम डोप्ड फाइबर, डबल क्लैड येटरबियम डोप्ड फाइबर और एरबियम येटरबियम सह डोप्ड फाइबर प्रदर्शन और विश्वसनीयता के मामले में समान विदेशी उत्पादों के उन्नत स्तर तक पहुंच गए हैं, लागत लाभ हैं, और कई उत्पादों और विधियों के लिए कोर पेटेंट प्रौद्योगिकियां हैं। .

विश्व प्रसिद्ध जर्मन आईपीजी लेजर कंपनी ने हाल ही में घोषणा की कि उनके नए लॉन्च किए गए येटरबियम डोप्ड फाइबर लेजर सिस्टम में उत्कृष्ट बीम विशेषताएं, 50000 घंटे से अधिक का पंप जीवन, 1070nm-1080nm की केंद्रीय उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और 20KW तक की आउटपुट पावर है। इसका उपयोग बढ़िया वेल्डिंग, कटिंग और रॉक ड्रिलिंग में किया गया है।

लेज़र सामग्री लेज़र प्रौद्योगिकी के विकास का मूल और आधार हैं। लेजर उद्योग में हमेशा एक कहावत रही है कि 'सामग्री की एक पीढ़ी, उपकरणों की एक पीढ़ी'। उन्नत और व्यावहारिक लेजर उपकरणों को विकसित करने के लिए, पहले उच्च प्रदर्शन वाली लेजर सामग्री का होना और अन्य प्रासंगिक प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करना आवश्यक है। येटरबियम डोप्ड लेजर क्रिस्टल और लेजर ग्लास, ठोस लेजर सामग्रियों की नई शक्ति के रूप में, फाइबर ऑप्टिक संचार और लेजर प्रौद्योगिकी के अभिनव विकास को बढ़ावा दे रहे हैं, विशेष रूप से अत्याधुनिक लेजर प्रौद्योगिकियों जैसे उच्च-शक्ति परमाणु संलयन लेजर, उच्च-ऊर्जा बीट में टाइल लेज़र, और उच्च-ऊर्जा हथियार लेज़र।

इसके अलावा, येटरबियम का उपयोग फ्लोरोसेंट पाउडर एक्टिवेटर, रेडियो सिरेमिक, इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर मेमोरी घटकों (चुंबकीय बुलबुले) के लिए एडिटिव्स और ऑप्टिकल ग्लास एडिटिव्स के रूप में भी किया जाता है। यह बताया जाना चाहिए कि येट्रियम और येट्रियम दोनों दुर्लभ पृथ्वी तत्व हैं। हालाँकि अंग्रेजी नामों और तत्व प्रतीकों में महत्वपूर्ण अंतर हैं, चीनी ध्वन्यात्मक वर्णमाला में समान शब्दांश हैं। कुछ चीनी अनुवादों में, येट्रियम को कभी-कभी गलती से येट्रियम कहा जाता है। इस मामले में, हमें मूल पाठ का पता लगाने और पुष्टि करने के लिए तत्व प्रतीकों को संयोजित करने की आवश्यकता है।