Koji je princip da metalna jedinjenja apsorbuju infracrvene zrake i koji su njeni faktori uticaja?
Jedinjenja metala, uključujući spojeve rijetkih zemalja, igraju ključnu ulogu u apsorpciji infracrvenih zraka. Kao lider u jedinjenjima retkih metala i retkih zemalja,UrbanMines Tech. Co., Ltd. opslužuje skoro 1/8 svjetskih kupaca za infracrvenu apsorpciju. Kako bismo odgovorili na tehničke upite naših kupaca o ovom pitanju, centar za istraživanje i razvoj naše kompanije sastavio je ovaj članak kako bi pružio odgovore
1. Princip i karakteristike infracrvene apsorpcije metalnih spojeva
Princip infracrvene apsorpcije metalnih spojeva uglavnom se zasniva na vibraciji njihove molekularne strukture i hemijskih veza. Infracrvena spektroskopija proučava molekularnu strukturu mjerenjem prijelaza unutarmolekulskih vibracija i nivoa rotacijske energije. Vibracije hemijskih veza u metalnim jedinjenjima će dovesti do infracrvene apsorpcije, posebno metal-organskih veza u metal-organskim jedinjenjima, vibracije mnogih neorganskih veza i vibracije kristalnog okvira, koje će se pojaviti u različitim regionima infracrvenog spektra.
Performanse različitih metalnih spojeva u infracrvenom spektru:
(1).MXene materijal: MXene je dvodimenzionalno prelazno jedinjenje metal-ugljenik/azot sa bogatim komponentama, metalnom provodljivošću, velikom specifičnom površinom i aktivnom površinom. Ima različite stope infracrvene apsorpcije u bliskom infracrvenom i srednjem/dalekom infracrvenom opsegu i naširoko se koristi u infracrvenoj kamuflaži, fototermalnoj konverziji i drugim poljima posljednjih godina.
(2). Jedinjenja bakra : jedinjenja bakra koja sadrže fosfor imaju dobre performanse među infracrvenim apsorberima, efikasno sprečavajući pojavu zacrnjenja uzrokovanu ultraljubičastim zracima i održavajući odličnu propusnost vidljive svetlosti i svojstva infracrvene apsorpcije stabilno dugo vremena3.
Praktični slučajevi primjene
(1).Infracrvena kamuflaža: MXene materijali se široko koriste u infracrvenoj kamuflaži zbog svojih odličnih svojstava apsorpcije infracrvenih zraka. Oni mogu efikasno smanjiti infracrvene karakteristike mete i poboljšati prikrivanje2.
(2).Fototermalna konverzija: MXene materijali imaju niske emisione karakteristike u srednjim/dalekim infracrvenim opsezima, koje su pogodne za aplikacije fototermalne konverzije i mogu efikasno pretvoriti svjetlosnu energiju u toplinsku energiju2.
(3). Materijali za prozore: Kompozicije smole koje sadrže infracrvene apsorbere koriste se u materijalima za prozore za efikasno blokiranje infracrvenih zraka i poboljšanje energetske efikasnosti 3.
Ovi slučajevi primjene pokazuju raznolikost i praktičnost metalnih spojeva u apsorpciji infracrvenih zraka, posebno njihovu važnu ulogu u modernoj nauci i industriji.
2. Koji metalni spojevi mogu apsorbirati infracrvene zrake?
Metalna jedinjenja koja mogu apsorbovati infracrvene zrake uključujuantimon kalaj oksid (ATO), indijum kalaj oksid (ITO), aluminijum cink oksid (AZO), volfram trioksid (WO3), gvožđe tetroksid (Fe3O4) i stroncijum titanat (SrTiO3).
2.1 Infracrvene apsorpcione karakteristike metalnih spojeva
Antimonov kalaj oksid (ATO): Može zaštititi blisku infracrvenu svjetlost s talasnom dužinom većom od 1500 nm, ali ne može zaštititi ultraljubičasto i infracrveno svjetlo s talasnom dužinom manjom od 1500 nm.
Indijum kalaj oksid (ITO): Slično kao i ATO, ima efekat zaštite bliske infracrvene svetlosti.
Cink aluminijum oksid (AZO): Takođe ima funkciju zaštite od infracrvene svetlosti.
Volfram trioksid (WO3): Ima lokalizirani površinski plazmonski rezonantni efekat i mali mehanizam apsorpcije polarona, može zaštititi infracrveno zračenje s talasnom dužinom od 780-2500 nm, i nije toksičan i jeftin.
Fe3O4: Ima dobru infracrvenu apsorpciju i svojstva termičkog odgovora i često se koristi u infracrvenim senzorima i detektorima.
Stroncijum titanat (SrTiO3): ima izvrsnu infracrvenu apsorpciju i optička svojstva, pogodan za infracrvene senzore i detektore.
Erbijum fluorid (ErF3) : je jedinjenje retkih zemalja koje može da apsorbuje infracrvene zrake. Erbijum fluorid ima kristale ružičaste boje, tačku topljenja od 1350°C, tačku ključanja od 2200°C i gustinu od 7,814 g/cm³. Uglavnom se koristi u optičkim premazima, dopiranju vlakana, laserskim kristalima, monokristalnim sirovinama, laserskim pojačavačima, katalizatorskim aditivima i drugim poljima.
2.2 Primena metalnih jedinjenja u materijalima koji apsorbuju infracrveno zračenje
Ova metalna jedinjenja se široko koriste u infracrvenim apsorpcionim materijalima. Na primjer, ATO, ITO i AZO se često koriste u transparentnim provodljivim, antistatičkim premazima za zaštitu od zračenja i prozirnim elektrodama; WO3 se naširoko koristi u različitim toplotnim izolacijskim, apsorpcijskim i reflektirajućim infracrvenim materijalima zbog svojih odličnih zaštitnih učinaka u blizini infracrvenih zraka i netoksičnih svojstava. Ova metalna jedinjenja igraju važnu ulogu u oblasti infracrvene tehnologije zbog svojih jedinstvenih karakteristika infracrvene apsorpcije.
2.3 Koja jedinjenja retkih zemalja mogu apsorbovati infracrvene zrake?
Među elementima retkih zemalja, lantan heksaborid i lantan borid nano veličine mogu da apsorbuju infracrvene zrake.Lantan heksaborid (LaB6)je materijal koji se široko koristi u radarskoj, svemirskoj, elektronskoj industriji, instrumentaciji, medicinskoj opremi, metalurgiji kućnih aparata, zaštiti okoliša i drugim poljima. Konkretno, monokristal heksaborida lantana je materijal za izradu elektronskih cijevi velike snage, magnetrona, elektronskih snopova, jonskih zraka i katoda za akceleratore.
Osim toga, lantan borid u nano-razmjeri također ima svojstvo apsorbiranja infracrvenih zraka. Koristi se za premazivanje na površini polietilenskih folija za blokiranje infracrvenih zraka od sunčeve svjetlosti. Dok apsorbuje infracrvene zrake, lantan borid nano-razmjera ne apsorbira previše vidljive svjetlosti. Ovaj materijal može spriječiti ulazak infracrvenih zraka u prozorsko staklo u vrućim klimama i može efikasnije koristiti svjetlosnu i toplinsku energiju u hladnim klimama.
Elementi rijetkih zemalja se široko koriste u mnogim poljima, uključujući vojnu, nuklearnu energiju, visoku tehnologiju i dnevne potrošačke proizvode. Na primjer, lantan se koristi za poboljšanje taktičkih performansi legura u oružju i opremi, gadolinij i njegovi izotopi se koriste kao apsorberi neutrona u polju nuklearne energije, a cerij se koristi kao stakleni aditiv za apsorpciju ultraljubičastih i infracrvenih zraka.
Cerijum, kao aditiv staklu, može apsorbirati ultraljubičaste i infracrvene zrake i sada se široko koristi u automobilskom staklu. Ne samo da štiti od ultraljubičastih zraka, već i smanjuje temperaturu u automobilu, čime se štedi struja za klimatizaciju. Od 1997. godine japanskom automobilskom staklu je dodat cerij oksid, a 1996. je korišten u automobilima.
3. Osobine i faktori uticaja na infracrvenu apsorpciju jedinjenja metala
3.1 Osobine i faktori utjecaja na infracrvenu apsorpciju spojeva metala uglavnom uključuju sljedeće aspekte:
Raspon brzine apsorpcije: Brzina apsorpcije metalnih spojeva u infracrvene zrake varira u zavisnosti od faktora kao što su tip metala, stanje površine, temperatura i talasna dužina infracrvenih zraka. Uobičajeni metali kao što su aluminij, bakar i željezo obično imaju stopu apsorpcije infracrvenih zraka između 10% i 50% na sobnoj temperaturi. Na primjer, stopa apsorpcije površine čistog aluminija na infracrvene zrake na sobnoj temperaturi je oko 12%, dok stopa apsorpcije hrapave površine bakra može doseći oko 40%.
3.2 Svojstva i faktori utjecaja na infracrvenu apsorpciju metalnih spojeva:
Vrste metala: Različiti metali imaju različite atomske strukture i raspored elektrona, što rezultira njihovim različitim sposobnostima apsorpcije infracrvenih zraka.
Površinsko stanje: Hrapavost, oksidni sloj ili premaz metalne površine će uticati na brzinu apsorpcije.
Temperatura: Promjene temperature će promijeniti elektronsko stanje unutar metala, čime će utjecati na njegovu apsorpciju infracrvenih zraka.
Infracrvena talasna dužina: Različite talasne dužine infracrvenih zraka imaju različite sposobnosti apsorpcije metala.
Promjene pod određenim uslovima: Pod određenim specifičnim uslovima, stopa apsorpcije infracrvenih zraka od strane metala može se značajno promijeniti. Na primjer, kada je metalna površina presvučena slojem specijalnog materijala, njena sposobnost da apsorbira infracrvene zrake može biti poboljšana. Osim toga, promjene u elektronskom stanju metala u okruženjima visoke temperature također mogu dovesti do povećanja stope apsorpcije.
Područja primjene: Infracrvena apsorpciona svojstva metalnih spojeva imaju važnu primjenu u infracrvenoj tehnologiji, termičkom snimanju i drugim poljima. Na primjer, kontroliranjem premaza ili temperature metalne površine, njena apsorpcija infracrvenih zraka može se podesiti, omogućavajući primjenu u mjerenju temperature, termičkom snimanju itd.
Eksperimentalne metode i pozadina istraživanja: Istraživači su odredili stopu apsorpcije infracrvenih zraka od strane metala kroz eksperimentalna mjerenja i stručne studije. Ovi podaci su važni za razumijevanje optičkih svojstava metalnih spojeva i razvoj srodnih aplikacija.
Ukratko, na infracrvena apsorpciona svojstva metalnih jedinjenja utiču mnogi faktori i mogu se značajno promeniti pod različitim uslovima. Ova svojstva se široko koriste u mnogim poljima.