ما هو مبدأ امتصاص المركبات المعدنية للأشعة تحت الحمراء وما هي العوامل المؤثرة عليها؟
تلعب المركبات المعدنية، بما في ذلك المركبات الأرضية النادرة، دورًا حاسمًا في امتصاص الأشعة تحت الحمراء. كشركة رائدة في مجال المعادن النادرة والمركبات الأرضية النادرة،تكنولوجيا المناجم الحضرية. المحدودة. يخدم ما يقرب من 1/8 من عملاء العالم لامتصاص الأشعة تحت الحمراء. لمعالجة الاستفسارات الفنية لعملائنا بشأن هذا الأمر، قام مركز البحث والتطوير بشركتنا بتجميع هذه المقالة لتقديم الإجابات
1.مبدأ وخصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة المركبات المعدنية
يعتمد مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة المركبات المعدنية بشكل أساسي على اهتزاز تركيبها الجزيئي وروابطها الكيميائية. يدرس التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء التركيب الجزيئي عن طريق قياس انتقال الاهتزاز داخل الجزيئات ومستويات الطاقة الدورانية. سيؤدي اهتزاز الروابط الكيميائية في المركبات المعدنية إلى امتصاص الأشعة تحت الحمراء، وخاصة الروابط المعدنية العضوية في المركبات المعدنية العضوية، واهتزاز العديد من الروابط غير العضوية، واهتزاز الإطار البلوري، والذي سيظهر في مناطق مختلفة من طيف الأشعة تحت الحمراء.
أداء المركبات المعدنية المختلفة في أطياف الأشعة تحت الحمراء :
(1).مادة MXene: MXene عبارة عن مركب معدني-كربون/نيتروجين انتقالي ثنائي الأبعاد يحتوي على مكونات غنية، وموصلية معدنية، ومساحة سطحية كبيرة محددة، وسطح نشط. لديها معدلات امتصاص مختلفة للأشعة تحت الحمراء في نطاقات الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة/البعيدة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في تمويه الأشعة تحت الحمراء، والتحويل الحراري الضوئي، ومجالات أخرى في السنوات الأخيرة.
(2).مركبات النحاس: تعمل مركبات النحاس المحتوية على الفوسفور بشكل جيد بين ماصات الأشعة تحت الحمراء، مما يمنع بشكل فعال ظاهرة السواد التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية وتحافظ على نفاذية الضوء المرئي الممتازة وخصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء بشكل ثابت لفترة طويلة3.
حالات تطبيقية عملية
(1).تمويه الأشعة تحت الحمراء: تُستخدم مواد MXene على نطاق واسع في تمويه الأشعة تحت الحمراء نظرًا لخصائصها الممتازة في امتصاص الأشعة تحت الحمراء. يمكنها تقليل خصائص الأشعة تحت الحمراء للهدف بشكل فعال وتحسين الإخفاء2.
(2).التحويل الحراري الضوئي: تتميز مواد MXene بخصائص انبعاث منخفضة في نطاقات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة/البعيدة، وهي مناسبة لتطبيقات التحويل الحراري الضوئي ويمكنها تحويل الطاقة الضوئية بكفاءة إلى طاقة حرارية2.
(3). مواد النوافذ: يتم استخدام تركيبات الراتنج التي تحتوي على ماصات الأشعة تحت الحمراء في مواد النوافذ لمنع الأشعة تحت الحمراء بشكل فعال وتحسين كفاءة الطاقة 3.
توضح حالات التطبيق هذه تنوع المركبات المعدنية وعمليتها في امتصاص الأشعة تحت الحمراء، وخاصة دورها المهم في العلوم والصناعة الحديثة.
2. ما هي المركبات المعدنية التي يمكنها امتصاص الأشعة تحت الحمراء؟
تشمل المركبات المعدنية التي يمكنها امتصاص الأشعة تحت الحمراءأكسيد القصدير الأنتيمون (ATO), أكسيد القصدير الإنديوم (ITO)وأكسيد الزنك الألومنيوم (AZO)، وثالث أكسيد التنغستن (WO3)، ورابع أكسيد الحديد (Fe3O4) وتيتانات السترونتيوم (SrTiO3).
2.1 خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء للمركبات المعدنية
أكسيد القصدير الأنتيمون (ATO): يمكنه حماية الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء بطول موجي أكبر من 1500 نانومتر، لكن لا يمكنه حماية الضوء فوق البنفسجي والأشعة تحت الحمراء بطول موجي أقل من 1500 نانومتر.
أكسيد القصدير الإنديوم (ITO): على غرار ATO، له تأثير حماية ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة.
أكسيد الألومنيوم الزنك (AZO): لديه أيضًا وظيفة حماية ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة.
ثالث أكسيد التنغستن (WO3): له تأثير رنين البلازمون السطحي الموضعي وآلية امتصاص بولارون صغيرة، ويمكنه حماية الأشعة تحت الحمراء بطول موجي 780-2500 نانومتر، وهو غير سام وغير مكلف.
Fe3O4: يتمتع بامتصاص جيد للأشعة تحت الحمراء وخصائص الاستجابة الحرارية وغالبًا ما يستخدم في أجهزة استشعار وكاشفات الأشعة تحت الحمراء.
تيتانات السترونتيوم (SrTiO3): يتمتع بامتصاص ممتاز للأشعة تحت الحمراء وخصائص بصرية، ومناسب لأجهزة استشعار وكاشفات الأشعة تحت الحمراء.
فلوريد الإربيوم (ErF3): مركب أرضي نادر يمكنه امتصاص الأشعة تحت الحمراء. يحتوي فلوريد الإربيوم على بلورات وردية اللون، ونقطة انصهار تبلغ 1350 درجة مئوية، ونقطة غليان تبلغ 2200 درجة مئوية، وكثافته 7.814 جم/سم مكعب. يتم استخدامه بشكل رئيسي في الطلاءات البصرية، وتطعيم الألياف، وبلورات الليزر، والمواد الخام أحادية البلورة، ومضخمات الليزر، والمواد المضافة المحفزة، وغيرها من المجالات.
2.2 تطبيق المركبات المعدنية في المواد الممتصة للأشعة تحت الحمراء
تستخدم هذه المركبات المعدنية على نطاق واسع في مواد امتصاص الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، يتم استخدام ATO وITO وAZO غالبًا في الطلاءات الشفافة الموصلة والمضادة للكهرباء الساكنة والحماية من الإشعاع والأقطاب الكهربائية الشفافة؛ يستخدم WO3 على نطاق واسع في مختلف مواد العزل الحراري والامتصاص والانعكاس بالأشعة تحت الحمراء بسبب أداء التدريع الممتاز للأشعة تحت الحمراء القريبة وخصائصه غير السامة. تلعب هذه المركبات المعدنية دورًا مهمًا في مجال تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء نظرًا لخصائص امتصاصها الفريدة للأشعة تحت الحمراء.
2.3 ما هي المركبات الأرضية النادرة التي يمكنها امتصاص الأشعة تحت الحمراء؟
ومن بين العناصر الأرضية النادرة، يمكن لسداسي بوريد اللانثانم وبوريد اللانثانم بحجم النانو امتصاص الأشعة تحت الحمراء.سداسي بوريد اللانثانم (LaB6)هي مادة تستخدم على نطاق واسع في الرادار والفضاء وصناعة الإلكترونيات والأجهزة والمعدات الطبية وتعدين الأجهزة المنزلية وحماية البيئة وغيرها من المجالات. على وجه الخصوص، تعتبر بلورة اللانثانوم سداسي بوريد المفردة مادة لصنع أنابيب الإلكترون عالية الطاقة، والمغنطرونات، وحزم الإلكترون، والحزم الأيونية، وكاثودات المعجل.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن بوريد اللانثانم النانوي لديه أيضًا خاصية امتصاص الأشعة تحت الحمراء. يتم استخدامه في الطلاء على سطح صفائح فيلم البولي إيثيلين لمنع الأشعة تحت الحمراء من ضوء الشمس. أثناء امتصاص الأشعة تحت الحمراء، لا يمتص بوريد اللانثانوم النانوي الكثير من الضوء المرئي. يمكن لهذه المادة أن تمنع الأشعة تحت الحمراء من دخول زجاج النوافذ في المناخات الحارة، ويمكنها استخدام الطاقة الضوئية والحرارية بشكل أكثر فعالية في المناخات الباردة.
وتستخدم العناصر الأرضية النادرة على نطاق واسع في العديد من المجالات، بما في ذلك المجال العسكري، والطاقة النووية، والتكنولوجيا المتقدمة، والمنتجات الاستهلاكية اليومية. على سبيل المثال، يستخدم اللانثانوم لتحسين الأداء التكتيكي للسبائك في الأسلحة والمعدات، ويستخدم الجادولينيوم ونظائره كممتصات للنيوترونات في مجال الطاقة النووية، ويستخدم السيريوم كمادة مضافة للزجاج لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
يمكن للسيريوم، باعتباره مادة مضافة للزجاج، أن يمتص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء ويستخدم الآن على نطاق واسع في زجاج السيارات. فهو لا يحمي من الأشعة فوق البنفسجية فحسب، بل يخفض أيضًا درجة الحرارة داخل السيارة، وبالتالي يوفر الكهرباء اللازمة لتكييف الهواء. منذ عام 1997، تمت إضافة أكسيد السيريوم إلى زجاج السيارات الياباني، وتم استخدامه في السيارات في عام 1996.
3. خواص وعوامل تأثير امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة المركبات المعدنية
3.1 تشمل الخصائص والعوامل المؤثرة لامتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة المركبات المعدنية بشكل رئيسي الجوانب التالية:
نطاق معدل الامتصاص: يختلف معدل امتصاص المركبات المعدنية للأشعة تحت الحمراء حسب عوامل مثل نوع المعدن وحالة السطح ودرجة الحرارة والطول الموجي للأشعة تحت الحمراء. عادةً ما تتمتع المعادن الشائعة مثل الألومنيوم والنحاس والحديد بمعدل امتصاص للأشعة تحت الحمراء يتراوح بين 10% و50% في درجة حرارة الغرفة. على سبيل المثال، يبلغ معدل امتصاص سطح الألومنيوم النقي للأشعة تحت الحمراء في درجة حرارة الغرفة حوالي 12%، في حين أن معدل امتصاص سطح النحاس الخام قد يصل إلى حوالي 40%.
3.2 الخواص والعوامل المؤثرة في امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة المركبات المعدنية :
أنواع المعادن: المعادن المختلفة لها هياكل ذرية وترتيبات إلكترونية مختلفة، مما يؤدي إلى اختلاف قدراتها على امتصاص الأشعة تحت الحمراء.
حالة السطح: ستؤثر خشونة السطح المعدني أو طبقة الأكسيد أو الطلاء على معدل الامتصاص.
درجة الحرارة: تغيرات درجة الحرارة ستغير الحالة الإلكترونية داخل المعدن، مما يؤثر على امتصاصه للأشعة تحت الحمراء.
الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء: الأطوال الموجية المختلفة للأشعة تحت الحمراء لها قدرات امتصاص مختلفة للمعادن.
التغيرات في ظل ظروف محددة: في ظل ظروف معينة، قد يتغير معدل امتصاص المعادن للأشعة تحت الحمراء بشكل كبير. على سبيل المثال، عندما يتم طلاء سطح معدني بطبقة من مادة خاصة، يمكن تعزيز قدرته على امتصاص الأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى ذلك، فإن التغيرات في الحالة الإلكترونية للمعادن في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة قد تؤدي أيضًا إلى زيادة معدل الامتصاص.
مجالات التطبيق: خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء للمركبات المعدنية لها قيمة تطبيقية مهمة في تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء، والتصوير الحراري، وغيرها من المجالات. على سبيل المثال، من خلال التحكم في طلاء أو درجة حرارة سطح معدني، يمكن تعديل امتصاصه للأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بتطبيقات في قياس درجة الحرارة، والتصوير الحراري، وما إلى ذلك.
الطرق التجريبية وخلفية البحث: حدد الباحثون معدل امتصاص المعادن للأشعة تحت الحمراء من خلال القياسات التجريبية والدراسات المهنية. هذه البيانات مهمة لفهم الخصائص البصرية للمركبات المعدنية وتطوير التطبيقات ذات الصلة.
باختصار، تتأثر خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء للمركبات المعدنية بالعديد من العوامل وقد تتغير بشكل كبير في ظل ظروف مختلفة. وتستخدم هذه الخصائص على نطاق واسع في العديد من المجالات.