Quin és el principi dels compostos metàl·lics que absorbeixen els raigs infrarojos i quins són els seus factors que influeixen?
Els compostos metàl·lics, inclosos els compostos de terres rares, tenen un paper crucial en l'absorció d'infrarojos. Com a líder en metalls rars i compostos de terres rares,Tècnica UrbanMines. Co., Ltd. dóna servei a gairebé 1/8 dels clients del món per a l'absorció d'infrarojos. Per atendre les consultes tècniques dels nostres clients sobre aquest tema, el centre d'investigació i desenvolupament de la nostra empresa ha compilat aquest article per donar respostes.
1.El principi i les característiques de l'absorció d'infrarojos per compostos metàl·lics
El principi d'absorció d'infrarojos per compostos metàl·lics es basa principalment en la vibració de la seva estructura molecular i enllaços químics. L'espectroscòpia infraroja estudia l'estructura molecular mesurant la transició de la vibració intramolecular i els nivells d'energia rotacional. La vibració d'enllaços químics en compostos metàl·lics conduirà a l'absorció d'infrarojos, especialment enllaços metall-orgànics en compostos metall-orgànics, la vibració de molts enllaços inorgànics i la vibració del marc de cristall, que apareixerà en diferents regions de l'espectre infraroig.
Rendiment de diferents compostos metàl·lics en espectres infrarojos:
(1).Material MXene: MXene és un compost de metall de transició bidimensional-carboni/nitrogen amb components rics, conductivitat metàl·lica, una gran superfície específica i una superfície activa. Té diferents taxes d'absorció d'infrarojos a les bandes d'infrarojos propers i d'infraroig mitjà / llunyà i s'ha utilitzat àmpliament en el camuflatge d'infrarojos, la conversió fototèrmica i altres camps en els darrers anys.
(2).Compostos de coure: els compostos de coure que contenen fòsfor funcionen bé entre els absorbents d'infrarojos, evitant eficaçment el fenomen d'ennegriment causat pels raigs ultraviolats i mantenint una excel·lent transmissió de la llum visible i propietats d'absorció d'infrarojos de manera estable durant molt de temps3.
Casos d'aplicació pràctica
(1).Camuflatge d'infrarojos: els materials MXene s'utilitzen àmpliament en el camuflatge d'infrarojos a causa de les seves excel·lents propietats d'absorció d'infrarojos. Poden reduir eficaçment les característiques d'infrarojos de l'objectiu i millorar l'ocultació2.
(2).Conversió fototèrmica: els materials MXene tenen característiques d'emissió baixes a les bandes d'infrarojos mitjà/lluny, que són adequades per a aplicacions de conversió fototèrmica i poden convertir de manera eficient l'energia lluminosa en energia tèrmica2.
(3). Materials per a finestres: les composicions de resina que contenen absorbidors d'infrarojos s'utilitzen en materials de finestres per bloquejar eficaçment els raigs infrarojos i millorar l'eficiència energètica 3.
Aquests casos d'aplicació demostren la diversitat i la practicitat dels compostos metàl·lics en l'absorció d'infrarojos, especialment el seu paper important en la ciència i la indústria modernes.
2. Quins compostos metàl·lics poden absorbir els raigs infrarojos?
Els compostos metàl·lics que poden absorbir els raigs infrarojos inclouenòxid d'estany d'antimoni (ATO), òxid d'indi estany (ITO), òxid d'alumini-zinc (AZO), triòxid de tungstè (WO3), tetròxid de ferro (Fe3O4) i titanat d'estronci (SrTiO3).
2.1 Característiques d'absorció d'infrarojos dels compostos metàl·lics
Òxid d'estany d'antimoni (ATO): pot protegir la llum infraroja propera amb una longitud d'ona superior a 1500 nm, però no pot protegir la llum ultraviolada i la llum infraroja amb una longitud d'ona inferior a 1500 nm.
Òxid d'estany d'indi (ITO): semblant a l'ATO, té l'efecte de protegir la llum infraroja propera.
Òxid d'alumini de zinc (AZO): També té la funció de protegir la llum infraroja propera.
Triòxid de tungstè (WO3): té un efecte de ressonància plasmònica de superfície localitzada i un petit mecanisme d'absorció de polarons, pot protegir la radiació infraroja amb una longitud d'ona de 780-2500 nm i és no tòxic i econòmic.
Fe3O4: té una bona absorció d'infrarojos i propietats de resposta tèrmica i s'utilitza sovint en sensors i detectors d'infrarojos.
Titanat d'estronci (SrTiO3): té una excel·lent absorció d'infrarojos i propietats òptiques, aptes per a sensors i detectors d'infrarojos.
Fluorur d'erbi (ErF3): és un compost de terres rares que pot absorbir els raigs infrarojos. El fluorur d'erbi té cristalls de color rosa, un punt de fusió de 1350 °C, un punt d'ebullició de 2200 °C i una densitat de 7,814 g/cm³. S'utilitza principalment en recobriments òptics, dopatge de fibra, cristalls làser, matèries primeres d'un sol cristall, amplificadors làser, additius de catalitzadors i altres camps.
2.2 Aplicació de compostos metàl·lics en materials absorbents d'infrarojos
Aquests compostos metàl·lics s'utilitzen àmpliament en materials d'absorció d'infrarojos. Per exemple, ATO, ITO i AZO s'utilitzen sovint en recobriments conductors transparents, antiestàtics, de protecció contra la radiació i elèctrodes transparents; El WO3 s'utilitza àmpliament en diversos materials d'aïllament tèrmic, d'absorció i d'infrarojos de reflexió a causa del seu excel·lent rendiment de blindatge d'infrarojos propers i propietats no tòxiques. Aquests compostos metàl·lics tenen un paper important en el camp de la tecnologia infraroja a causa de les seves característiques úniques d'absorció d'infrarojos.
2.3 Quins compostos de terres rares poden absorbir els raigs infrarojos?
Entre els elements de terres rares, l'hexaborur de lantà i el borur de lantà de mida nanomètrica poden absorbir els raigs infrarojos.Hexaborur de lantà (LaB6)és un material àmpliament utilitzat en radar, aeroespacial, indústria electrònica, instrumentació, equips mèdics, metal·lúrgia d'electrodomèstics, protecció del medi ambient i altres camps. En particular, el monocristall d'hexaborur de lantà és un material per fabricar tubs d'electrons d'alta potència, magnetrons, feixos d'electrons, feixos d'ions i càtodes acceleradors.
A més, el borur de lantà a nanoescala també té la propietat d'absorbir els raigs infrarojos. S'utilitza en el recobriment de la superfície de les làmines de pel·lícula de polietilè per bloquejar els raigs infrarojos de la llum solar. Mentre absorbeix els raigs infrarojos, el borur de lantà a escala nanomètrica no absorbeix massa llum visible. Aquest material pot evitar que els raigs infrarojos entrin al vidre de les finestres en climes càlids i pot utilitzar de manera més eficaç l'energia de la llum i la calor en climes freds.
Els elements de terres rares s'utilitzen àmpliament en molts camps, inclosos els militars, l'energia nuclear, l'alta tecnologia i els productes de consum diari. Per exemple, el lantà s'utilitza per millorar el rendiment tàctic dels aliatges en armes i equips, el gadolini i els seus isòtops s'utilitzen com a absorbents de neutrons en el camp de l'energia nuclear i el ceri s'utilitza com a additiu de vidre per absorbir els raigs ultraviolats i infrarojos.
El ceri, com a additiu de vidre, pot absorbir els raigs ultraviolats i infrarojos i ara s'utilitza àmpliament en el vidre d'automòbils. No només protegeix dels raigs ultraviolats sinó que també redueix la temperatura a l'interior del cotxe, estalviant així electricitat per a l'aire condicionat. Des de 1997, el vidre d'automòbil japonès s'ha afegit amb òxid de ceri i es va utilitzar en automòbils el 1996.
3.Propietats i factors que influeixen en l'absorció d'infrarojos per compostos metàl·lics
3.1 Les propietats i factors que influeixen en l'absorció d'infrarojos per compostos metàl·lics inclouen principalment els aspectes següents:
Interval de velocitat d'absorció: la taxa d'absorció dels compostos metàl·lics als raigs infrarojos varia en funció de factors com el tipus de metall, l'estat de la superfície, la temperatura i la longitud d'ona dels raigs infrarojos. Els metalls comuns com l'alumini, el coure i el ferro solen tenir una taxa d'absorció de raigs infrarojos entre el 10% i el 50% a temperatura ambient. Per exemple, la taxa d'absorció de la superfície d'alumini pur als raigs infrarojos a temperatura ambient és d'un 12%, mentre que la taxa d'absorció de la superfície de coure rugosa pot arribar al voltant del 40%.
3.2 Propietats i factors que influeixen en l'absorció d'infrarojos per compostos metàl·lics:
Tipus de metalls: els diferents metalls tenen estructures atòmiques i disposicions d'electrons diferents, donant lloc a les seves diferents capacitats d'absorció dels raigs infrarojos.
Estat de la superfície: la rugositat, la capa d'òxid o el recobriment de la superfície metàl·lica afectarà la taxa d'absorció.
Temperatura: els canvis de temperatura canviaran l'estat electrònic dins del metall, afectant així la seva absorció de raigs infrarojos.
Longitud d'ona infraroja: les diferents longituds d'ona dels raigs infrarojos tenen diferents capacitats d'absorció per als metalls.
Canvis en condicions específiques: sota determinades condicions específiques, la taxa d'absorció dels raigs infrarojos per part dels metalls pot canviar significativament. Per exemple, quan una superfície metàl·lica està recoberta amb una capa de material especial, es pot millorar la seva capacitat per absorbir els raigs infrarojos. A més, els canvis en l'estat electrònic dels metalls en entorns d'alta temperatura també poden provocar un augment de la taxa d'absorció.
Camps d'aplicació: les propietats d'absorció d'infrarojos dels compostos metàl·lics tenen un valor d'aplicació important en tecnologia infraroja, imatge tèrmica i altres camps. Per exemple, controlant el recobriment o la temperatura d'una superfície metàl·lica, es pot ajustar la seva absorció de raigs infrarojos, permetent aplicacions en mesura de temperatura, imatge tèrmica, etc.
Mètodes experimentals i antecedents d'investigació: els investigadors van determinar la taxa d'absorció dels raigs infrarojos pels metalls mitjançant mesures experimentals i estudis professionals. Aquestes dades són importants per entendre les propietats òptiques dels compostos metàl·lics i desenvolupar aplicacions relacionades.
En resum, les propietats d'absorció d'infrarojos dels compostos metàl·lics es veuen afectades per molts factors i poden canviar significativament en diferents condicions. Aquestes propietats s'utilitzen àmpliament en molts camps.