Какъв е принципът на металните съединения да абсорбират инфрачервените лъчи и какви са факторите, които влияят?
Металните съединения, включително редкоземните съединения, играят решаваща роля в инфрачервеното поглъщане. Като лидер в редките метали и редкоземните съединения,UrbanMines Tech. Co., Ltd. обслужва почти 1/8 от световните клиенти за инфрачервено поглъщане. За да отговори на техническите запитвания на нашите клиенти по този въпрос, центърът за изследване и развитие на нашата компания състави тази статия, за да предостави отговори
1. Принципът и характеристиките на инфрачервеното поглъщане от метални съединения
Принципът на инфрачервеното поглъщане от метални съединения се основава главно на вибрациите на тяхната молекулна структура и химични връзки. Инфрачервената спектроскопия изучава молекулярната структура чрез измерване на прехода на вътрешномолекулни вибрации и ротационни нива на енергия. Вибрацията на химичните връзки в металните съединения ще доведе до инфрачервена абсорбция, особено метало-органичните връзки в метало-органичните съединения, вибрацията на много неорганични връзки и вибрацията на кристалната рамка, която ще се появи в различни области на инфрачервения спектър.
Ефективност на различни метални съединения в инфрачервените спектри:
(1). Материал MXene: MXene е двуизмерно съединение на преходен метал-въглерод/азот с богати компоненти, метална проводимост, голяма специфична повърхност и активна повърхност. Той има различни скорости на инфрачервено поглъщане в близките инфрачервени и средните/далечните инфрачервени ленти и се използва широко в инфрачервен камуфлаж, фототермично преобразуване и други области през последните години.
(2).Медни съединения : Фосфорсъдържащите медни съединения се представят добре сред инфрачервените абсорбери, като ефективно предотвратяват феномена на почерняване, причинен от ултравиолетовите лъчи и поддържат отлична пропускливост на видимата светлина и свойства на инфрачервена абсорбция стабилно за дълго време3.
Случаи на практическо приложение
(1).Инфрачервен камуфлаж: Материалите MXene се използват широко в инфрачервения камуфлаж поради отличните си свойства за инфрачервена абсорбция. Те могат ефективно да намалят инфрачервените характеристики на целта и да подобрят прикриването2.
(2).Фототермално преобразуване: Материалите MXene имат характеристики с ниски емисии в средните/далечните инфрачервени ленти, които са подходящи за приложения за фототермично преобразуване и могат ефективно да преобразуват светлинната енергия в топлинна енергия2.
(3). Материали за прозорци: Смолисти състави, съдържащи инфрачервени абсорбери, се използват в материалите за прозорци за ефективно блокиране на инфрачервените лъчи и подобряване на енергийната ефективност 3.
Тези случаи на приложение демонстрират разнообразието и практичността на металните съединения в инфрачервеното поглъщане, особено тяхната важна роля в съвременната наука и индустрия.
2.Кои метални съединения могат да абсорбират инфрачервените лъчи?
Металните съединения, които могат да абсорбират инфрачервените лъчи, включватантимон калаен оксид (ATO), индиев калаен оксид (ITO), алуминиев цинков оксид (AZO), волфрамов триоксид (WO3), железен тетроксид (Fe3O4) и стронциев титанат (SrTiO3).
2.1 Характеристики на инфрачервена абсорбция на метални съединения
Антимоново-калаен оксид (ATO): Той може да екранира близка инфрачервена светлина с дължина на вълната над 1500 nm, но не може да екранира ултравиолетова светлина и инфрачервена светлина с дължина на вълната под 1500 nm.
Индиев калаен оксид (ITO): Подобно на ATO, той има ефект на екраниране на близка инфрачервена светлина.
Цинк-алуминиев оксид (AZO): Той също така има функцията да екранира близката инфрачервена светлина.
Волфрамов триоксид (WO3): Има локализиран повърхностен плазмонен резонансен ефект и малък поляронен абсорбционен механизъм, може да екранира инфрачервено лъчение с дължина на вълната 780-2500 nm и е нетоксичен и евтин.
Fe3O4: Има добра инфрачервена абсорбция и свойства на термична реакция и често се използва в инфрачервени сензори и детектори.
Стронциев титанат (SrTiO3): има отлична инфрачервена абсорбция и оптични свойства, подходящ за инфрачервени сензори и детектори.
Ербиев флуорид (ErF3): е рядкоземно съединение, което може да абсорбира инфрачервените лъчи. Ербиевият флуорид има розови кристали, точка на топене 1350°C, точка на кипене 2200°C и плътност 7,814g/cm³. Използва се главно в оптични покрития, допинг на влакна, лазерни кристали, монокристални суровини, лазерни усилватели, каталитични добавки и други области.
2.2 Приложение на метални съединения в инфрачервени абсорбиращи материали
Тези метални съединения са широко използвани в инфрачервени абсорбиращи материали. Например ATO, ITO и AZO често се използват в прозрачни проводящи, антистатични, радиационни защитни покрития и прозрачни електроди; WO3 се използва широко в различни топлоизолационни, абсорбционни и отразяващи инфрачервени материали поради отличните си характеристики на екраниране в близката инфрачервена светлина и нетоксични свойства. Тези метални съединения играят важна роля в областта на инфрачервените технологии поради техните уникални характеристики на инфрачервена абсорбция.
2.3 Кои редкоземни съединения могат да абсорбират инфрачервените лъчи?
Сред редкоземните елементи лантановият хексаборид и лантановият борид с нано размери могат да абсорбират инфрачервени лъчи.Лантанов хексаборид (LaB6)е материал, широко използван в радарната, космическата, електронната промишленост, инструментариума, медицинското оборудване, металургията на домакинските уреди, опазването на околната среда и други области. По-специално монокристалът на лантановия хексаборид е материал за производство на електронни тръби с висока мощност, магнетрони, електронни лъчи, йонни лъчи и ускорителни катоди.
В допълнение, наномащабният лантанов борид също има свойството да абсорбира инфрачервените лъчи. Използва се в покритието върху повърхността на полиетиленови филмови листове за блокиране на инфрачервените лъчи от слънчевата светлина. Докато абсорбира инфрачервените лъчи, наномащабният лантанов борид не абсорбира прекалено много видима светлина. Този материал може да предотврати навлизането на инфрачервени лъчи в стъклото на прозореца в горещ климат и може по-ефективно да използва светлинната и топлинна енергия в студен климат.
Редкоземните елементи се използват широко в много области, включително военни, ядрена енергетика, високи технологии и ежедневни потребителски продукти. Например лантанът се използва за подобряване на тактическите характеристики на сплави в оръжия и оборудване, гадолиний и неговите изотопи се използват като абсорбери на неутрони в областта на ядрената енергия, а церий се използва като стъклена добавка за абсорбиране на ултравиолетови и инфрачервени лъчи.
Церият, като стъклена добавка, може да абсорбира ултравиолетови и инфрачервени лъчи и сега се използва широко в автомобилното стъкло. Той не само предпазва от ултравиолетовите лъчи, но и намалява температурата в автомобила, като по този начин пести електроенергия за климатика. От 1997 г. японското автомобилно стъкло се добавя с цериев оксид и се използва в автомобилите през 1996 г.
3. Свойства и фактори, влияещи върху инфрачервеното поглъщане от метални съединения
3.1 Свойствата и влияещите фактори на инфрачервеното поглъщане от метални съединения включват главно следните аспекти:
Диапазон на степен на абсорбция: Степента на абсорбция на метални съединения от инфрачервени лъчи варира в зависимост от фактори като тип метал, състояние на повърхността, температура и дължина на вълната на инфрачервените лъчи. Обичайните метали като алуминий, мед и желязо обикновено имат степен на поглъщане на инфрачервени лъчи между 10% и 50% при стайна температура. Например степента на абсорбция на чиста алуминиева повърхност от инфрачервени лъчи при стайна температура е около 12%, докато степента на абсорбция на грапава медна повърхност може да достигне около 40%.
3.2 Свойства и влияещи фактори на инфрачервеното поглъщане от метални съединения:
Видове метали: Различните метали имат различни атомни структури и разположение на електроните, което води до тяхната различна абсорбционна способност за инфрачервени лъчи.
Състояние на повърхността: Грапавината, оксидният слой или покритието на металната повърхност ще повлияят на степента на абсорбция.
Температура: Температурните промени ще променят електронното състояние вътре в метала, като по този начин ще повлияят на неговата абсорбция на инфрачервени лъчи.
Инфрачервена дължина на вълната: Различните дължини на вълната на инфрачервените лъчи имат различни способности за абсорбиране на метали.
Промени при определени условия: При определени специфични условия степента на поглъщане на инфрачервените лъчи от металите може да се промени значително. Например, когато метална повърхност е покрита със слой от специален материал, нейната способност да абсорбира инфрачервени лъчи може да бъде подобрена. В допълнение, промените в електронното състояние на металите в среда с висока температура също могат да доведат до увеличаване на степента на абсорбция.
Полета на приложение: Свойствата на инфрачервеното поглъщане на металните съединения имат важна приложна стойност в инфрачервената технология, термичните изображения и други области. Например, чрез контролиране на покритието или температурата на метална повърхност, нейната абсорбция на инфрачервени лъчи може да се регулира, което позволява приложения за измерване на температура, термично изображение и др.
Експериментални методи и предистория на изследването: Изследователите определиха степента на поглъщане на инфрачервените лъчи от металите чрез експериментални измервания и професионални изследвания. Тези данни са важни за разбирането на оптичните свойства на металните съединения и разработването на свързани приложения.
В обобщение, свойствата на инфрачервената абсорбция на металните съединения се влияят от много фактори и могат да се променят значително при различни условия. Тези свойства се използват широко в много области.