Kovové sloučeniny absorbující infračervené záření

Jaký je princip absorpce infračerveného záření kovovými sloučeninami a jaké jsou faktory, které ji ovlivňují?

Sloučeniny kovů, včetně sloučenin vzácných zemin, hrají klíčovou roli v absorpci infračerveného záření. Jakožto lídr v oblasti vzácných kovů a sloučenin vzácných zemin,UrbanMines Tech. Co., Ltd.obsluhuje téměř 1/8 světových zákazníků v oblasti infračervené absorpce. Abychom zodpověděli technické dotazy našich zákazníků k této záležitosti, sestavilo výzkumné a vývojové centrum naší společnosti tento článek, který poskytuje odpovědi.
1. Princip a vlastnosti absorpce infračerveného záření kovovými sloučeninami

Princip infračervené absorpce kovovými sloučeninami je založen především na vibracích jejich molekulární struktury a chemických vazeb. Infračervená spektroskopie studuje molekulární strukturu měřením přechodu intramolekulárních vibrací a rotačních energetických hladin. Vibrace chemických vazeb v kovových sloučeninách vedou k absorpci infračerveného záření, zejména vazeb kov-organický materiál v kov-organických sloučeninách, vibracím mnoha anorganických vazeb a vibracím krystalového rámce, které se objevují v různých oblastech infračerveného spektra.

Výkon různých kovových sloučenin v infračerveném spektru:
(1).Materiál MXene: MXene je dvourozměrná sloučenina přechodného kovu s uhlíkem a dusíkem s bohatým složením, kovovou vodivostí, velkým specifickým povrchem a aktivním povrchem. Má různé rychlosti absorpce infračerveného záření v blízkém infračerveném a středním/dalekém infračerveném pásmu a v posledních letech se široce používá v infračervené kamufláži, fototermální konverzi a dalších oblastech.
(2).‌Sloučeniny mědi‌: Sloučeniny mědi obsahující fosfor se chovají dobře mezi absorbéry infračerveného záření, účinně zabraňují zčernání způsobenému ultrafialovým zářením a dlouhodobě si stabilně udržují vynikající propustnost viditelného světla a absorpční vlastnosti infračerveného záření‌3.

Praktické případy použití
(1).‌Infračervená kamufláž‌: Materiály MXene se široce používají v infračervené kamufláži díky svým vynikajícím vlastnostem absorpce infračerveného záření. Dokážou účinně snížit infračervené charakteristiky cíle a zlepšit maskování‌2.
(2).‌Fototermální konverze‌: Materiály MXene mají nízké emisní charakteristiky ve středním/dalekém infračerveném pásmu, které jsou vhodné pro aplikace fototermální konverze a dokáží efektivně přeměňovat světelnou energii na tepelnou energii‌2.
(3).Okenní materiály: Pryskyřičné směsi obsahující infračervené absorbéry se používají v okenních materiálech k účinnému blokování infračerveného záření a ke zlepšení energetické účinnosti 3.
Tyto případy použití demonstrují rozmanitost a praktičnost kovových sloučenin v absorpci infračerveného záření, zejména jejich důležitou roli v moderní vědě a průmyslu.

2. Které kovové sloučeniny mohou absorbovat infračervené záření?

Mezi kovové sloučeniny, které mohou absorbovat infračervené záření, patříoxid antimonu a cínu (ATO), oxid india a cínu (ITO), oxid hlinito-zinečnatý (AZO), oxid wolframový (WO3), oxid železnatý (Fe3O4) a titaničitan strontnatý (SrTiO3).

2.1 Charakteristiky infračervené absorpce kovových sloučenin
Oxid antimoničitý a cínatý (ATO): Dokáže odstínit blízké infračervené záření s vlnovou délkou větší než 1500 nm, ale nedokáže odstínit ultrafialové a infračervené záření s vlnovou délkou menší než 1500 nm.
Oxid india a cínu (ITO): Podobně jako ATO má účinek stínění blízkého infračerveného záření.
Oxid zinečnato-hlinitý (AZO): Má také funkci stínění blízkého infračerveného záření.
Oxid wolframový (WO3): Má lokalizovaný efekt povrchové plazmonové rezonance a malý mechanismus absorpce polaronů, dokáže odstínit infračervené záření s vlnovou délkou 780–2500 nm a je netoxický a levný.
Fe3O4: Má dobré vlastnosti absorpce infračerveného záření a tepelné odezvy a často se používá v infračervených senzorech a detektorech.
Titaničitanu strontnatého (SrTiO3): má vynikající absorpční vlastnosti pro infračervené záření a optické vlastnosti, vhodný pro infračervené senzory a detektory.
Fluorid erbia (ErF3): je sloučenina vzácných zemin, která dokáže absorbovat infračervené záření. Fluorid erbia má růžově zbarvené krystaly, bod tání 1350 °C, bod varu 2200 °C a hustotu 7,814 g/cm³. Používá se hlavně v optických povlacích, dopování vláken, laserových krystalech, monokrystalických surovinách, laserových zesilovačích, katalytických přísadách a dalších oblastech.

2.2 Použití kovových sloučenin v materiálech absorbujících infračervené záření
Tyto kovové sloučeniny se široce používají v materiálech pro absorpci infračerveného záření. Například ATO, ITO a AZO se často používají v transparentních vodivých, antistatických, radiačně ochranných povlacích a transparentních elektrodách; WO3 se široce používá v různých tepelně izolačních, absorpčních a reflexních infračervených materiálech díky svým vynikajícím vlastnostem v oblasti stínění blízkého infračerveného záření a netoxickým vlastnostem. Tyto kovové sloučeniny hrají důležitou roli v oblasti infračervené technologie díky svým jedinečným vlastnostem absorpce infračerveného záření.

2.3 Které sloučeniny vzácných zemin mohou absorbovat infračervené záření?

Mezi prvky vzácných zemin mohou hexaborid lanthanu a nanočástice boridu lanthanu absorbovat infračervené paprsky.hexaborid lanthanu (LaB6)je materiál široce používaný v radaru, leteckém průmyslu, elektronickém průmyslu, přístrojové technice, lékařských zařízeních, metalurgii domácích spotřebičů, ochraně životního prostředí a dalších oblastech. Zejména monokrystalický hexaborid lanthanu je materiálem pro výrobu vysoce výkonných elektronek, magnetronů, elektronových svazků, iontových svazků a urychlovacích katod.
Kromě toho má nanoměřítkový borid lanthanu také schopnost absorbovat infračervené paprsky. Používá se v povlaku na povrchu polyethylenových fólií k blokování infračerveného záření ze slunečního světla. Nanoměřítkový borid lanthanu sice absorbuje infračervené paprsky, ale neabsorbuje příliš mnoho viditelného světla. Tento materiál může zabránit pronikání infračerveného záření do okenního skla v horkém podnebí a může efektivněji využívat světelnou a tepelnou energii v chladném podnebí.
Prvky vzácných zemin se široce používají v mnoha oblastech, včetně armády, jaderné energie, špičkových technologií a produktů denní spotřeby. Například lanthan se používá ke zlepšení taktického výkonu 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 k absorpci ultrafialového a infračerveného záření.
Cer jako přísada do skla dokáže absorbovat ultrafialové a infračervené záření a nyní se široce používá v automobilovém skle. Nejenže chrání před ultrafialovým zářením, ale také snižuje teplotu uvnitř vozu, čímž šetří elektřinu na klimatizaci. Od roku 1997 se do japonského automobilového skla přidává oxid ceričitý a v automobilech se začal používat od roku 1996.

3. Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření kovovými sloučeninami

3.1 Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření kovovými sloučeninami zahrnují zejména následující aspekty:

Rozsah absorpční rychlosti: Míra absorpce infračerveného záření kovových sloučenin se liší v závislosti na faktorech, jako je typ kovu, stav povrchu, teplota a vlnová délka infračerveného záření. Běžné kovy, jako je hliník, měď a železo, mají obvykle při pokojové teplotě míru absorpce infračerveného záření mezi 10 % a 50 %. Například míra absorpce infračerveného záření čistého hliníkového povrchu je při pokojové teplotě asi 12 %, zatímco míra absorpce drsného měděného povrchu může dosáhnout asi 40 %.

3.2 Vlastnosti a faktory ovlivňující absorpci infračerveného záření kovovými sloučeninami:

‌Druhy kovů‌: Různé kovy mají různé atomové struktury a uspořádání elektronů, což má za následek jejich různé absorpční schopnosti pro infračervené paprsky.
‌Stav povrchu‌: Drsnost, oxidová vrstva nebo povlak kovového povrchu ovlivní rychlost absorpce.
Teplota: Změny teploty změní elektronický stav uvnitř kovu, a tím ovlivní jeho absorpci infračerveného záření.
‌Infračervená vlnová délka‌: Různé vlnové délky infračerveného záření mají pro kovy různé absorpční schopnosti.
‌Změny za specifických podmínek‌: Za určitých specifických podmínek se může míra absorpce infračerveného záření kovy výrazně změnit. Například když je kovový povrch potažen vrstvou speciálního materiálu, může se zvýšit jeho schopnost absorbovat infračervené záření. Kromě toho mohou změny elektronového stavu kovů ve vysokoteplotním prostředí také vést ke zvýšení míry absorpce.
‌Oblasti použití‌: Vlastnosti kovových sloučenin v oblasti absorpce infračerveného záření mají důležitou aplikační hodnotu v infračervené technologii, termovizi a dalších oblastech. Například regulací povlaku nebo teploty kovového povrchu lze upravit jeho absorpci infračerveného záření, což umožňuje aplikace v měření teploty, termovizi atd.
‌Experimentální metody a výzkumné pozadí‌: Výzkumníci stanovili míru absorpce infračerveného záření kovy pomocí experimentálních měření a odborných studií. Tato data jsou důležitá pro pochopení optických vlastností kovových sloučenin a vývoj souvisejících aplikací.
Stručně řečeno, vlastnosti kovových sloučenin v oblasti infračervené absorpce jsou ovlivněny mnoha faktory a mohou se za různých podmínek významně měnit. Tyto vlastnosti jsou široce využívány v mnoha oblastech.