Jaký je princip pohlcování infračervených paprsků sloučenin kovů a jaké jsou jeho ovlivňující faktory?
Sloučeniny kovů, včetně sloučenin vzácných zemin, hrají zásadní roli při absorpci infračerveného záření. Jako lídr v oblasti vzácných kovů a sloučenin vzácných zemin,UrbanMines Tech. Co., Ltd. slouží téměř 1/8 světových zákazníků pro infračervenou absorpci. Abychom reagovali na technické dotazy našich zákazníků v této záležitosti, výzkumné a vývojové centrum naší společnosti sestavilo tento článek, aby poskytlo odpovědi
1.Princip a vlastnosti infračervené absorpce sloučeninami kovů
Princip infračervené absorpce sloučeninami kovů je založen především na vibraci jejich molekulární struktury a chemických vazeb. Infračervená spektroskopie studuje molekulární strukturu měřením přechodu intramolekulárních vibrací a úrovní rotační energie. Vibrace chemických vazeb v kovových sloučeninách povedou k infračervené absorpci, zejména kov-organické vazby v kov-organických sloučeninách, vibraci mnoha anorganických vazeb a vibraci krystalového rámu, která se objeví v různých oblastech infračerveného spektra.
Výkon různých sloučenin kovů v infračervených spektrech:
(1). Materiál MXene: MXene je dvourozměrná přechodná sloučenina kov-uhlík/dusík s bohatými složkami, kovovou vodivostí, velkým specifickým povrchem a aktivním povrchem. Má různé míry absorpce infračerveného záření v pásmech blízkého infračerveného záření a středního a vzdáleného infračerveného záření a v posledních letech se široce používá v infračervené kamufláži, fototermální konverzi a dalších oblastech.
(2).Sloučeniny mědi: Sloučeniny mědi obsahující fosfor fungují dobře mezi absorbéry infračerveného záření, účinně zabraňují jevu zčernání způsobenému ultrafialovými paprsky a udržují vynikající propustnost viditelného světla a vlastnosti absorpce infračerveného záření stabilně po dlouhou dobu3.
Praktické případy použití
(1).Infračervená kamufláž: Materiály MXene jsou široce používány v infračervené kamufláži díky svým vynikajícím vlastnostem pohlcování infračerveného záření. Mohou účinně snížit infračervené charakteristiky cíle a zlepšit utajení2.
(2).Fototermická přeměna: Materiály MXene mají nízké emisní charakteristiky ve středních/dalekých infračervených pásmech, které jsou vhodné pro aplikace fototermální přeměny a mohou účinně přeměňovat světelnou energii na tepelnou energii2.
(3). Okenní materiály: Pryskyřičné kompozice obsahující infračervené absorbéry se používají v okenních materiálech, aby účinně blokovaly infračervené paprsky a zlepšily energetickou účinnost 3.
Tyto aplikační případy demonstrují rozmanitost a praktičnost kovových sloučenin v infračervené absorpci, zejména jejich důležitou roli v moderní vědě a průmyslu.
2. Které kovové sloučeniny mohou absorbovat infračervené paprsky?
Mezi sloučeniny kovů, které mohou absorbovat infračervené paprsky, patříoxid antimonu a cínu (ATO), oxid indium a cínu (ITO), oxid hlinitý a zinečnatý (AZO), oxid wolframový (WO3), oxid železitý (Fe3O4) a titaničitan strontnatý (SrTiO3).
2.1 Infračervené absorpční charakteristiky sloučenin kovů
Oxid antimonu a cínu (ATO): Může stínit blízké infračervené světlo s vlnovou délkou větší než 1500 nm, ale nemůže stínit ultrafialové světlo a infračervené světlo s vlnovou délkou menší než 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): Podobně jako ATO má účinek odstínění blízkého infračerveného světla.
Oxid zinkohlinitý (AZO): Má také funkci stínění blízkého infračerveného světla.
Oxid wolframový (WO3): Má lokalizovaný efekt povrchové plasmonové rezonance a malý polaronový absorpční mechanismus, může stínit infračervené záření s vlnovou délkou 780-2500 nm a je netoxický a levný.
Fe3O4: Má dobrou absorpci infračerveného záření a vlastnosti tepelné odezvy a často se používá v infračervených senzorech a detektorech.
Titanát strontnatý (SrTiO3): má vynikající absorpci infračerveného záření a optické vlastnosti, vhodný pro infračervené senzory a detektory.
Erbiumfluorid (ErF3): je sloučenina vzácných zemin, která dokáže absorbovat infračervené paprsky. Erbiumfluorid má růžové krystaly, bod tání 1350 °C, bod varu 2200 °C a hustotu 7,814 g/cm³. Používá se hlavně v optických nátěrech, dopování vláken, laserových krystalech, monokrystalických surovinách, laserových zesilovačích, přísadách katalyzátorů a dalších oborech.
2.2 Aplikace sloučenin kovů v materiálech absorbujících infračervené záření
Tyto kovové sloučeniny jsou široce používány v infračervených absorpčních materiálech. Například ATO, ITO a AZO se často používají v průhledných vodivých, antistatických, radiačních ochranných povlakech a průhledných elektrodách; WO3 je široce používán v různých tepelně izolačních, absorpčních a odrazových infračervených materiálech díky svému vynikajícímu stínění pro blízké infračervené záření a netoxickým vlastnostem. Tyto kovové sloučeniny hrají důležitou roli v oblasti infračervené technologie díky svým jedinečným infračerveným absorpčním vlastnostem.
2.3 Které sloučeniny vzácných zemin mohou absorbovat infračervené paprsky?
Mezi prvky vzácných zemin mohou infračervené paprsky absorbovat hexaborid lanthanu a borid lanthanité velikosti nano.Hexaborid lanthanu (LaB6)je materiál široce používaný v radaru, letectví, elektronickém průmyslu, přístrojové technice, lékařském vybavení, metalurgii domácích spotřebičů, ochraně životního prostředí a dalších oborech. Zejména monokrystal hexaboridu lanthanu je materiálem pro výrobu vysoce výkonných elektronek, magnetronů, elektronových paprsků, iontových paprsků a urychlovacích katod.
Borid lanthanu v nanoměřítku má navíc schopnost absorbovat infračervené paprsky. Používá se v povlaku na povrchu polyetylenových fólií k blokování infračervených paprsků před slunečním zářením. Borid lanthanitý v nanoměřítku absorbuje infračervené paprsky a neabsorbuje příliš mnoho viditelného světla. Tento materiál může zabránit pronikání infračervených paprsků do okenního skla v horkém klimatu a může efektivněji využívat světelnou a tepelnou energii v chladném klimatu.
Prvky vzácných zemin jsou široce používány v mnoha oblastech, včetně armády, jaderné energetiky, špičkových technologií a produktů každodenní spotřeby. Například lanthan se používá ke zlepšení taktických vlastností slitin ve zbraních a vybavení, gadolinium a jeho izotopy se používají jako absorbéry neutronů v oblasti jaderné energie a cer se používá jako přísada do skla pro pohlcování ultrafialových a infračervených paprsků.
Cer, jako přísada do skla, může absorbovat ultrafialové a infračervené paprsky a je nyní široce používán v automobilovém skle. Chrání nejen před ultrafialovými paprsky, ale také snižuje teplotu uvnitř vozu, čímž šetří elektrickou energii na klimatizaci. Od roku 1997 se do japonského automobilového skla přidává oxid ceru a v roce 1996 byl použit v automobilech.
3. Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření sloučeninami kovů
3.1Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření sloučeninami kovů zahrnují zejména následující aspekty:
Rozsah absorpce: Rychlost absorpce sloučenin kovů infračervenými paprsky se liší v závislosti na faktorech, jako je typ kovu, stav povrchu, teplota a vlnová délka infračervených paprsků. Běžné kovy jako hliník, měď a železo mají obvykle rychlost absorpce infračervených paprsků mezi 10 % a 50 % při pokojové teplotě. Například míra absorpce povrchu čistého hliníku infračervenými paprsky při pokojové teplotě je asi 12 %, zatímco míra absorpce drsného povrchu mědi může dosáhnout asi 40 %.
3.2 Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření sloučeninami kovů:
Typy kovů: Různé kovy mají různé atomové struktury a uspořádání elektronů, což má za následek jejich různé absorpční schopnosti pro infračervené paprsky.
Stav povrchu: Drsnost, vrstva oxidu nebo povlak kovového povrchu ovlivní rychlost absorpce.
Teplota: Změny teploty změní elektronický stav uvnitř kovu, čímž ovlivní jeho absorpci infračervených paprsků.
Infračervená vlnová délka: Různé vlnové délky infračervených paprsků mají různé absorpční schopnosti pro kovy.
Změny za určitých podmínek: Za určitých specifických podmínek se může rychlost absorpce infračervených paprsků kovy výrazně změnit. Například, když je kovový povrch potažen vrstvou speciálního materiálu, jeho schopnost absorbovat infračervené paprsky může být zvýšena. Kromě toho změny elektronického stavu kovů ve vysokoteplotních prostředích mohou také vést ke zvýšení rychlosti absorpce.
Aplikační oblasti: Infračervené absorpční vlastnosti kovových sloučenin mají důležitou aplikační hodnotu v infračervené technologii, tepelném zobrazování a dalších oblastech. Například řízením povlaku nebo teploty kovového povrchu lze upravit jeho absorpci infračervených paprsků, což umožňuje aplikace při měření teploty, termovizi atd.
Experimentální metody a pozadí výzkumu: Výzkumníci určili míru absorpce infračervených paprsků kovy pomocí experimentálních měření a odborných studií. Tyto údaje jsou důležité pro pochopení optických vlastností kovových sloučenin a vývoj souvisejících aplikací.
Stručně řečeno, infračervené absorpční vlastnosti kovových sloučenin jsou ovlivněny mnoha faktory a mohou se za různých podmínek výrazně měnit. Tyto vlastnosti jsou široce používány v mnoha oborech.