Koji je princip apsorpcije infracrvenih zraka metalnim spojevima i koji faktori utiču na to?
Metalni spojevi, uključujući spojeve rijetkih zemalja, igraju ključnu ulogu u apsorpciji infracrvenog zračenja. Kao lider u proizvodnji rijetkih metala i spojeva rijetkih zemalja,UrbanMines Tech. Co., Ltd.. opslužuje gotovo 1/8 svjetskih kupaca za infracrvenu apsorpciju. Kako bismo odgovorili na tehnička pitanja naših kupaca o ovom pitanju, istraživačko-razvojni centar naše kompanije sastavio je ovaj članak kako bi pružio odgovore.
1. Princip i karakteristike apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima
Princip infracrvene apsorpcije metalnih spojeva uglavnom se zasniva na vibraciji njihove molekularne strukture i hemijskih veza. Infracrvena spektroskopija proučava molekularnu strukturu mjerenjem prelaza intramolekularnih vibracija i nivoa rotacijske energije. Vibracije hemijskih veza u metalnim spojevima dovode do infracrvene apsorpcije, posebno metal-organskih veza u metal-organskim spojevima, vibracije mnogih neorganskih veza i vibracije kristalnog okvira, koje će se pojaviti u različitim dijelovima infracrvenog spektra.
Performanse različitih metalnih spojeva u infracrvenim spektrima:
(1).MXene materijal: MXene je dvodimenzionalni spoj prelaznog metala, ugljika i dušika s bogatim komponentama, metalnom provodljivošću, velikom specifičnom površinom i aktivnom površinom. Ima različite stope apsorpcije infracrvenog zračenja u bliskom infracrvenom i srednjem/dalekom infracrvenom pojasu te se posljednjih godina široko koristi u infracrvenoj kamuflaži, fototermalnoj konverziji i drugim područjima.
(2).Spojivi bakra: Spojevi bakra koji sadrže fosfor dobro se pokazuju među apsorberima infracrvenog zračenja, efikasno sprječavajući fenomen zacrnjenja uzrokovan ultraljubičastim zracima i održavajući odličnu propusnost vidljive svjetlosti i svojstva infracrvene apsorpcije stabilno tokom dugog vremena3.
Praktični slučajevi primjene
(1).Infracrvena kamuflaža: MXene materijali se široko koriste u infracrvenoj kamuflaži zbog svojih odličnih svojstava apsorpcije infracrvenog zračenja. Oni mogu efikasno smanjiti infracrvene karakteristike mete i poboljšati prikrivanje2.
(2).Fototermalna konverzija: MXene materijali imaju niske emisione karakteristike u srednjem/dalekom infracrvenom području, što ih čini pogodnim za primjene fototermalne konverzije i mogu efikasno pretvoriti svjetlosnu energiju u toplotnu energiju2.
(3). Materijali za prozore: Sastavi smole koji sadrže infracrvene apsorbere koriste se u materijalima za prozore kako bi efikasno blokirali infracrvene zrake i poboljšali energetsku efikasnost 3.
Ovi slučajevi primjene pokazuju raznolikost i praktičnost metalnih spojeva u apsorpciji infracrvenog zračenja, 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), željezni tetroksid (Fe3O4) i stroncij titanat (SrTiO3).
2.1 Karakteristike infracrvene apsorpcije metalnih spojeva
Antimon-kalaj oksid (ATO): Može zaštititi blisko infracrveno svjetlo s valnom dužinom većom od 1500 nm, ali ne može zaštititi ultraljubičasto svjetlo i infracrveno svjetlo s valnom dužinom manjom od 1500 nm.
Indij-kalaj oksid (ITO): Slično ATO-u, ima efekat zaštite od bliske infracrvene svjetlosti.
Cink aluminijum oksid (AZO): Također ima funkciju zaštite od bliskog infracrvenog svjetla.
Volframov trioksid (WO3): Ima lokalizovani efekat površinske plazmonske rezonancije i mali mehanizam apsorpcije polarona, može zaštititi infracrveno zračenje talasne dužine 780-2500 nm, netoksičan je i jeftin.
Fe3O4: Ima dobra svojstva apsorpcije infracrvenog zračenja i termičkog odziva te se često koristi u infracrvenim senzorima i detektorima.
Stroncijum titanat (SrTiO3): ima odličnu infracrvenu apsorpciju i optička svojstva, pogodan za infracrvene senzore i detektore.
Erbijum fluorid (ErF3): je rijetko zemno jedinjenje koje može apsorbovati infracrvene zrake. Erbijum fluorid ima ružičaste kristale, tačku topljenja od 1350°C, tačku ključanja od 2200°C i gustinu od 7,814g/cm³. Uglavnom se koristi u optičkim premazima, dopiranju vlakana, laserskim kristalima, sirovinama za monokristale, laserskim pojačalima, katalitičkim aditivima i drugim oblastima.
2.2 Primjena metalnih spojeva u materijalima koji apsorbiraju infracrveno zračenje
Ovi metalni spojevi se široko koriste u materijalima za apsorpciju infracrvenog zračenja. Na primjer, ATO, ITO i AZO se često koriste u prozirnim provodljivim, antistatičkim, premazima za zaštitu od zračenja i prozirnim elektrodama; WO3 se široko koristi u raznim materijalima za toplinsku izolaciju, apsorpciju i refleksiju infracrvenog zračenja zbog svojih odličnih performansi zaštite od bliskog infracrvenog zračenja i netoksičnih svojstava. Ovi metalni spojevi igraju važnu ulogu u području infracrvene tehnologije zbog svojih jedinstvenih karakteristika apsorpcije infracrvenog zračenja.
2.3 Koja rijetka zemna jedinjenja mogu apsorbovati infracrvene zrake?
Među rijetkim zemnim elementima, lantan heksaborid i nanočestice lantan borida mogu apsorbirati infracrvene zrake.Lantan heksaborid (LaB6)je materijal koji se široko koristi u radarskoj, vazduhoplovnoj, elektronskoj industriji, instrumentaciji, medicinskoj opremi, metalurgiji kućanskih aparata, zaštiti okoliša i drugim oblastima. Konkretno, monokristal lantanovog heksaborida je materijal za izradu elektronskih cijevi velike snage, magnetrona, elektronskih snopova, jonskih snopova i akceleratorskih katoda.
Osim toga, nano-razmjerni lantan borid također ima svojstvo apsorpcije infracrvenih zraka. Koristi se u premazu na površini polietilenskih folija kako bi blokirao infracrvene zrake sunčeve svjetlosti. Iako apsorbira infracrvene zrake, nano-razmjerni lantan borid 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.
Rijetki zemni elementi se široko koriste u mnogim oblastima, uključujući vojsku, nuklearnu energiju, visoku tehnologiju i proizvode svakodnevne potrošnje. Na primjer, lantan se koristi za poboljšanje taktičkih performansi legura u oružju i opremi, gadolinij i njegovi izotopi se koriste kao apsorberi neutrona u oblasti nuklearne energije, a cerij se koristi kao aditiv za staklo za apsorpciju ultraljubičastih i infracrvenih zraka.
Cerijum, kao aditiv za staklo, može apsorbovati ultraljubičaste i infracrvene zrake i sada se široko koristi u automobilskim staklima. Ne samo da štiti od ultraljubičastih zraka, već i smanjuje temperaturu unutar automobila, čime se štedi električna energija za klimatizaciju. Od 1997. godine, japanskim automobilskim staklima se dodaje cerijum oksid, a on je korišten u automobilima od 1996. godine.
3. Svojstva i faktori koji utiču na apsorpciju infracrvenog zračenja metalnim spojevima
3.1 Svojstva i faktori koji utiču na apsorpciju infracrvenog zračenja metalnim spojevima uglavnom uključuju sljedeće aspekte:
Raspon stope apsorpcije: Stopa apsorpcije metalnih spojeva infracrvenih zraka varira ovisno o faktorima kao što su vrsta metala, stanje površine, temperatura i talasna dužina infracrvenih zraka. Uobičajeni metali poput aluminija, bakra i željeza obično imaju stopu apsorpcije infracrvenih zraka između 10% i 50% na sobnoj temperaturi. Na primjer, stopa apsorpcije infracrvenih zraka površine čistog aluminija na sobnoj temperaturi iznosi oko 12%, dok stopa apsorpcije hrapave površine bakra može doseći oko 40%.
3.2 Svojstva i faktori koji utiču na apsorpciju infracrvenog zračenja metalnim spojevima:
Vrste metala: Različiti metali imaju različite atomske strukture i raspored elektrona, što rezultira njihovim različitim sposobnostima apsorpcije infracrvenih zraka.
Stanje površine: Hrapavost, oksidni sloj ili premaz metalne površine utjecat će na brzinu apsorpcije.
Temperatura: Promjene temperature će promijeniti elektronsko stanje unutar metala, što će uticati na njegovu apsorpciju infracrvenih zraka.
Infracrvena talasna dužina: Različite talasne dužine infracrvenih zraka imaju različite sposobnosti apsorpcije za metale.
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 prekrivena slojem posebnog materijala, njena sposobnost apsorpcije infracrvenih zraka može se poboljšati. Osim toga, promjene u elektronskom stanju metala u okruženjima visoke temperature također mogu dovesti do povećanja stope apsorpcije.
Područja primjene: Svojstva infracrvene apsorpcije metalnih spojeva imaju važnu primjenu u infracrvenoj tehnologiji, termovizijskom snimanju i drugim oblastima. Na primjer, kontroliranjem premaza ili temperature metalne površine, može se podesiti njena apsorpcija infracrvenih zraka, što omogućava primjenu u mjerenju temperature, termovizijskom snimanju itd.
Eksperimentalne metode i istraživačka pozadina: Istraživači su odredili brzinu apsorpcije infracrvenih zraka od strane metala putem eksperimentalnih mjerenja i stručnih studija. Ovi podaci su važni za razumijevanje optičkih svojstava metalnih spojeva i razvoj srodnih primjena.
Ukratko, na svojstva infracrvene apsorpcije metalnih spojeva utječu mnogi faktori i mogu se značajno mijenjati pod različitim uvjetima. Ova svojstva se široko koriste u mnogim područjima.