¿Cuál es el principio de los compuestos metálicos que absorben los rayos infrarrojos y cuáles son sus factores de influencia?
Los compuestos metálicos, incluidos los compuestos de tierras raras, juegan un papel crucial en la absorción infrarroja. Como líder en metales raros y compuestos de tierras raras,UrbanMines Tech. Co., Ltd. Sirve a casi 1/8 de los clientes del mundo para la absorción infrarroja. Para abordar las consultas técnicas de nuestros clientes sobre este asunto, el centro de investigación y desarrollo de nuestra empresa ha compilado este artículo para proporcionar respuestas
1. El principio y las características de la absorción infrarroja por compuestos metálicos
El principio de absorción infrarroja por compuestos metálicos se basa principalmente en la vibración de su estructura molecular y enlaces químicos. La espectroscopía infrarroja estudia la estructura molecular midiendo la transición de la vibración intramolecular y los niveles de energía de rotación. La vibración de enlaces químicos en los compuestos metálicos conducirá a la absorción infrarroja, especialmente los enlaces metálicos orgánicos en los compuestos de metal-orgánicos, la vibración de muchos enlaces inorgánicos y la vibración del marco cristalino, que aparecerá en diferentes regiones del espectro infrarrojo.
Rendimiento de diferentes compuestos metálicos en espectros infrarrojos:
(1) Material de mxeno: el mxeno es un compuesto de metal-carbono/nitrógeno de transición bidimensional con componentes ricos, conductividad metálica, una gran superficie específica y una superficie activa. Tiene diferentes tasas de absorción infrarroja en las bandas de infrarrojo cercano y de infrarrojo medio/lejano y se ha utilizado ampliamente en camuflaje infrarrojo, conversión fototérmica y otros campos en los últimos años.
(2). Copper Compuestos : Los compuestos de cobre que contienen fósforo funcionan bien entre los absorbedores infrarrojos, evitando efectivamente el fenómeno ennegrecido causado por los rayos ultravioleta y manteniendo una excelente transmitancia de luz visible y propiedades de absorción infrarroja de manera estable durante un tiempo largo.
Casos de aplicación práctica
(1). Camuflaje infrarrojo: los materiales de mxeno se usan ampliamente en camuflaje infrarrojo debido a sus excelentes propiedades de absorción infrarroja. Pueden reducir efectivamente las características infrarrojas del objetivo y mejorar el ocultamiento2.
(2) . Conversión fototérmica: los materiales de mxeno tienen bajas características de emisión en las bandas infrarrojas medias/lejanas, que son adecuadas para aplicaciones de conversión fototérmica y pueden convertir eficientemente la energía de la luz en energía térmica2.
(3). Materiales de ventana: composiciones de resina que contienen absorbedores infrarrojos se utilizan en materiales de ventana para bloquear efectivamente los rayos infrarrojos y mejorar la eficiencia energética 3.
Estos casos de aplicación demuestran la diversidad y practicidad de los compuestos metálicos en la absorción infrarroja, especialmente su importante papel en la ciencia y la industria moderna.
2. ¿Qué compuestos metálicos pueden absorber rayos infrarrojos?
Los compuestos de metal que pueden absorber los rayos infrarrojos incluyenantimonio óxido de estaño (ATO), óxido de lata de indio (ITO), óxido de zinc de aluminio (azo), trióxido de tungsteno (WO3), tetroxido de hierro (Fe3O4) y titanato de estroncio (SRTIO3).
2.1 Características de absorción infrarroja de compuestos metálicos
Antimony óxido de estaño (ATO): puede proteger la luz infrarroja cercana con una longitud de onda superior a 1500 nm, pero no puede proteger la luz ultravioleta y la luz infrarroja con una longitud de onda de menos de 1500 nm.
Dindium Tin óxido (ITO): similar a ATO, tiene el efecto de proteger la luz infrarroja cercana.
Óxido de aluminio de zinc (azo): también tiene la función de proteger la luz infrarroja cercana.
Trióxido de tungsteno (WO3): tiene un efecto de resonancia de plasmón superficial localizado y un pequeño mecanismo de absorción de polarón, puede proteger la radiación infrarroja con una longitud de onda de 780-2500 nm, y no es tóxico y económico.
Fe3O4: tiene buenas propiedades de absorción infrarroja y respuesta térmica y a menudo se usa en sensores y detectores infrarrojos.
Tontium Titanate (SRTIO3): tiene una excelente absorción infrarroja y propiedades ópticas, adecuadas para sensores y detectores infrarrojos.
Fluoruro de Erbium (ERF3): es un compuesto de tierras raras que puede absorber rayos infrarrojos. El fluoruro de erbio tiene cristales de color rosa, un punto de fusión de 1350 ° C, un punto de ebullición de 2200 ° C y una densidad de 7.814 g/cm³. Se utiliza principalmente en recubrimientos ópticos, dopaje de fibra, cristales láser, materias primas de cristal único, amplificadores láser, aditivos de catalizador y otros campos.
2.2 Aplicación de compuestos metálicos en materiales de absorción infrarroja
Estos compuestos metálicos se usan ampliamente en materiales de absorción infrarroja. Por ejemplo, ATO, ITO y AZO a menudo se usan en recubrimientos transparentes conductores, antistáticos, de protección de radiación y electrodos transparentes; WO3 se usa ampliamente en diversos materiales infrarrojos de aislamiento, absorción y reflexión debido a su excelente rendimiento de blindaje de infrarrojo cercano y propiedades no tóxicas. Estos compuestos metálicos juegan un papel importante en el campo de la tecnología infrarroja debido a sus características únicas de absorción infrarroja.
2.3 ¿Qué compuestos de tierras raras pueden absorber rayos infrarrojos?
Entre los elementos de tierras raras, el hexaboruro de lantano y el boruro de lantano de tamaño nano pueden absorber rayos infrarrojos.Lantano Hexaboride (Lab6)es un material ampliamente utilizado en radar, aeroespacial, industria electrónica, instrumentación, equipo médico, metalurgia de electrodomésticos, protección del medio ambiente y otros campos. En particular, el cristal único de hexaboruro de lantano es un material para hacer tubos de electrones de alta potencia, magnetrones, haces de electrones, vigas de iones y cátodos aceleradores.
Además, el boruro de lantano a nanoescala también tiene la propiedad de absorber rayos infrarrojos. Se usa en el recubrimiento en la superficie de las láminas de película de polietileno para bloquear los rayos infrarrojos de la luz solar. Mientras absorbe los rayos infrarrojos, el boruro de lantano a nanoescala no absorbe demasiada luz visible. Este material puede evitar que los rayos infrarrojos ingresen al vidrio de la ventana en climas calientes, y puede utilizar de manera más efectiva la energía de luz y calor en climas fríos.
Los elementos de tierras raras se usan ampliamente en muchos campos, incluidos los militares, la energía nuclear, la alta tecnología y los productos diarios de consumo. Por ejemplo, el lantano se usa para mejorar el rendimiento táctico de las aleaciones en armas y equipos, el gadolinio y sus isótopos se usan como absorbedores de neutrones en el campo de energía nuclear, y el cerio se usa como un aditivo de vidrio para absorber los rayos ultravioletas e infrarrojos.
El cerio, como aditivo de vidrio, puede absorber rayos ultravioleta e infrarrojos y ahora se usa ampliamente en vidrio de automóvil. No solo protege contra los rayos ultravioleta, sino que también reduce la temperatura dentro del automóvil, lo que ahorra electricidad para el aire acondicionado. Desde 1997, se ha agregado vidrio de automóvil japonés con óxido de cerio, y se usó en automóviles en 1996.
3.Propertías y factores de influencia de la absorción infrarroja por compuestos metálicos
3.1 Las propiedades y los factores de influencia de la absorción infrarroja por los compuestos metálicos incluyen principalmente los siguientes aspectos:
Rango de la velocidad de absorción: la tasa de absorción de los compuestos metálicos a los rayos infrarrojos varía según factores como el tipo de metal, el estado de la superficie, la temperatura y la longitud de onda de los rayos infrarrojos. Los metales comunes como el aluminio, el cobre y el hierro generalmente tienen una tasa de absorción de rayos infrarrojos entre 10% y 50% a temperatura ambiente. Por ejemplo, la tasa de absorción de la superficie de aluminio puro a los rayos infrarrojos a temperatura ambiente es de aproximadamente el 12%, mientras que la tasa de absorción de la superficie de cobre rugosa puede alcanzar aproximadamente el 40%.
3.2 Propiedades y factores de influencia de absorción infrarroja por compuestos metálicos :
Tipos de metales: diferentes metales tienen diferentes estructuras atómicas y disposiciones de electrones, lo que resulta en sus diferentes capacidades de absorción para los rayos infrarrojos.
Condición de la superficie : La rugosidad, la capa de óxido o el recubrimiento de la superficie del metal afectarán la velocidad de absorción.
Temperatura: Los cambios de temperatura cambiarán el estado electrónico dentro del metal, lo que afectará su absorción de rayos infrarrojos.
Longitud de onda infrarroja: diferentes longitudes de onda de los rayos infrarrojos tienen diferentes capacidades de absorción para los metales.
Cambios en condiciones específicas : bajo ciertas condiciones específicas, la tasa de absorción de los rayos infrarrojos por metales puede cambiar significativamente. Por ejemplo, cuando una superficie metálica está recubierta con una capa de material especial, se puede mejorar su capacidad para absorber rayos infrarrojos. Además, los cambios en el estado electrónico de metales en entornos de alta temperatura también pueden conducir a un aumento en la tasa de absorción.
Campos de aplicación : Las propiedades de absorción infrarroja de los compuestos metálicos tienen un valor de aplicación importante en tecnología infrarroja, imágenes térmicas y otros campos. Por ejemplo, al controlar el recubrimiento o la temperatura de una superficie metálica, su absorción de rayos infrarrojos se puede ajustar, permitiendo aplicaciones en la medición de la temperatura, imágenes térmicas, etc.
Métodos experimentales y antecedentes de investigación : Los investigadores determinaron la tasa de absorción de los rayos infrarrojos por metales a través de mediciones experimentales y estudios profesionales. Estos datos son importantes para comprender las propiedades ópticas de los compuestos metálicos y el desarrollo de aplicaciones relacionadas.
En resumen, las propiedades de absorción infrarroja de los compuestos metálicos se ven afectadas por muchos factores y pueden cambiar significativamente en diferentes condiciones. Estas propiedades se usan ampliamente en muchos campos.