¿Cuál es el principio por el que los compuestos metálicos absorben los rayos infrarrojos y cuáles son sus factores que influyen?
Los compuestos metálicos, incluidos los compuestos de tierras raras, desempeñan un papel crucial en la absorción de infrarrojos. Como líder en compuestos de metales raros y tierras raras,Tecnología de UrbanMines. Co., Ltd.. atiende a casi 1/8 de los clientes del mundo en materia de absorción de infrarrojos. Para abordar las consultas técnicas de nuestros clientes sobre este tema, el centro de investigación y desarrollo de nuestra empresa ha compilado este artículo para brindar 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 espectroscopia infrarroja estudia la estructura molecular midiendo la transición de la vibración intramolecular y los niveles de energía rotacional. La vibración de los enlaces químicos en compuestos metálicos conducirá a la absorción de infrarrojos, especialmente los enlaces metal-orgánicos en compuestos metal-orgánicos, la vibración de muchos enlaces inorgánicos y la vibración de la estructura cristalina, que aparecerá en diferentes regiones del espectro infrarrojo.
Rendimiento de diferentes compuestos metálicos en espectros infrarrojos:
(1).Material MXene: MXene es un compuesto bidimensional de metal de transición-carbono/nitrógeno con componentes ricos, conductividad metálica, una gran superficie específica y una superficie activa. Tiene diferentes tasas de absorción de infrarrojos en las bandas de infrarrojo cercano y medio/lejano y se ha utilizado ampliamente en camuflaje de infrarrojos, conversión fototérmica y otros campos en los últimos años.
(2).Compuestos de cobre: Los compuestos de cobre que contienen fósforo funcionan bien entre los absorbentes de infrarrojos, previniendo eficazmente el fenómeno de ennegrecimiento causado por los rayos ultravioleta y manteniendo excelentes propiedades de transmisión de luz visible y absorción de infrarrojos de manera estable durante mucho tiempo3.
Casos prácticos de aplicación
(1).Camuflaje infrarrojo: Los materiales MXene se utilizan ampliamente en camuflaje infrarrojo debido a sus excelentes propiedades de absorción de infrarrojos. Pueden reducir eficazmente las características infrarrojas del objetivo y mejorar la ocultación2.
(2).Conversión fototérmica: los materiales MXene tienen características de baja emisión en las bandas del infrarrojo medio/lejano, que son adecuadas para aplicaciones de conversión fototérmica y pueden convertir eficientemente la energía luminosa en energía térmica2.
(3).Materiales para ventanas: las composiciones de resina que contienen absorbentes de infrarrojos se utilizan en materiales para ventanas para bloquear eficazmente 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 modernas.
2.¿Qué compuestos metálicos pueden absorber los rayos infrarrojos?
Los compuestos metálicos que pueden absorber rayos infrarrojos incluyenóxido de antimonio y estaño (ATO), óxido de indio y estaño (ITO), óxido de aluminio y zinc (AZO), trióxido de tungsteno (WO3), tetróxido de hierro (Fe3O4) y titanato de estroncio (SrTiO3).
2.1 Características de absorción infrarroja de compuestos metálicos.
Óxido de antimonio y estaño (ATO): puede proteger la luz infrarroja cercana con una longitud de onda superior a 1500 nm, pero no puede proteger la luz ultravioleta ni la luz infrarroja con una longitud de onda inferior a 1500 nm.
Óxido de indio y estaño (ITO): similar al ATO, tiene el efecto de proteger la luz infrarroja cercana.
Óxido de aluminio y zinc (AZO): También tiene la función de proteger la luz del infrarrojo cercano.
Trióxido de tungsteno (WO3): tiene un efecto de resonancia de plasmón superficial localizado y un pequeño mecanismo de absorción de polarones, puede proteger la radiación infrarroja con una longitud de onda de 780-2500 nm y no es tóxico y es económico.
Fe3O4: tiene buenas propiedades de respuesta térmica y absorción de infrarrojos y se utiliza a menudo en sensores y detectores de infrarrojos.
Titanato de estroncio (SrTiO3): tiene excelentes propiedades ópticas y de absorción de infrarrojos, adecuado para sensores y detectores de infrarrojos.
Fluoruro de erbio (ErF3): es un compuesto de tierras raras que puede absorber los 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 fibras, cristales láser, materias primas monocristalinas, amplificadores láser, aditivos catalíticos y otros campos.
2.2 Aplicación de compuestos metálicos en materiales absorbentes de infrarrojos.
Estos compuestos metálicos se utilizan ampliamente en materiales de absorción de infrarrojos. Por ejemplo, ATO, ITO y AZO se utilizan a menudo en revestimientos de protección contra radiación, antiestáticos y conductores transparentes y en electrodos transparentes; WO3 se usa ampliamente en diversos materiales de aislamiento térmico, absorción y reflexión de infrarrojos debido a su excelente rendimiento de protección del infrarrojo cercano y sus propiedades no tóxicas. Estos compuestos metálicos desempeñan un papel importante en el campo de la tecnología infrarroja debido a sus características únicas de absorción de infrarrojos.
2.3 ¿Qué compuestos de tierras raras pueden absorber los rayos infrarrojos?
Entre los elementos de tierras raras, el hexaboruro de lantano y el boruro de lantano de tamaño nanométrico pueden absorber los rayos infrarrojos.Hexaboruro de lantano (LaB6)es un material ampliamente utilizado en radar, aeroespacial, industria electrónica, instrumentación, equipos médicos, metalurgia de electrodomésticos, protección ambiental y otros campos. En particular, el monocristal de hexaboruro de lantano es un material para fabricar tubos de electrones de alta potencia, magnetrones, haces de electrones, haces de iones y cátodos de acelerador.
Además, el boruro de lantano a nanoescala también tiene la propiedad de absorber los rayos infrarrojos. Se utiliza en el revestimiento de la superficie de láminas de película de polietileno para bloquear los rayos infrarrojos de la luz solar. Si bien absorbe los rayos infrarrojos, el boruro de lantano a nanoescala no absorbe demasiada luz visible. Este material puede evitar que los rayos infrarrojos entren en el vidrio de las ventanas en climas cálidos y puede utilizar de manera más efectiva la energía luminosa y térmica en climas fríos.
Los elementos de tierras raras se utilizan ampliamente en muchos campos, incluidos el militar, la energía nuclear, la alta tecnología y los productos de consumo diario. Por ejemplo, el lantano se utiliza para mejorar el rendimiento táctico de aleaciones en armas y equipos, el gadolinio y sus isótopos se utilizan como absorbentes de neutrones en el campo de la energía nuclear y el cerio se utiliza como aditivo del vidrio para absorber rayos ultravioleta e infrarrojos.
El cerio, como aditivo para el vidrio, puede absorber los rayos ultravioleta e infrarrojos y ahora se utiliza ampliamente en el vidrio de los automóviles. No sólo protege contra los rayos ultravioleta sino que también reduce la temperatura dentro del coche, ahorrando así electricidad para el aire acondicionado. Desde 1997, al vidrio de los automóviles japoneses se le ha añadido óxido de cerio, y en 1996 se utilizó en automóviles.
3.Propiedades y factores que influyen en la absorción de infrarrojos por compuestos metálicos.
3.1 Las propiedades y los factores que influyen en la absorción infrarroja por compuestos metálicos incluyen principalmente los siguientes aspectos:
Rango de tasa de absorción: la tasa de absorción de 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 suelen tener una tasa de absorción de rayos infrarrojos de entre el 10% y el 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%.
3.2Propiedades y factores que influyen en la absorción de infrarrojos por compuestos metálicos:
Tipos de metales: Los diferentes metales tienen diferentes estructuras atómicas y disposiciones electrónicas, lo que da como resultado diferentes capacidades de absorción de rayos infrarrojos.
Condición de la superficie: la rugosidad, la capa de óxido o el recubrimiento de la superficie del metal afectarán la tasa de absorción.
Temperatura: los cambios de temperatura cambiarán el estado electrónico dentro del metal, afectando así su absorción de rayos infrarrojos.
Longitud de onda infrarroja: las diferentes longitudes de onda de los rayos infrarrojos tienen diferentes capacidades de absorción para los metales.
Cambios bajo condiciones específicas: bajo ciertas condiciones específicas, la tasa de absorción de rayos infrarrojos por los metales puede cambiar significativamente. Por ejemplo, cuando una superficie metálica se recubre con una capa de material especial, se puede mejorar su capacidad para absorber rayos infrarrojos. Además, los cambios en el estado electrónico de los metales en entornos de alta temperatura también pueden provocar un aumento de la tasa de absorción.
Campos de aplicación: Las propiedades de absorción infrarroja de los compuestos metálicos tienen un importante valor de aplicación en tecnología infrarroja, imágenes térmicas y otros campos. Por ejemplo, controlando el recubrimiento o la temperatura de una superficie metálica, se puede ajustar su absorción de rayos infrarrojos, permitiendo aplicaciones en medición de temperatura, imágenes térmicas, etc.
Métodos experimentales y antecedentes de la investigación: Los investigadores determinaron la tasa de absorción de rayos infrarrojos por los metales mediante mediciones experimentales y estudios profesionales. Estos datos son importantes para comprender las propiedades ópticas de los compuestos metálicos y desarrollar aplicaciones relacionadas.
En resumen, las propiedades de absorción infrarroja de los compuestos metálicos se ven afectadas por muchos factores y pueden cambiar significativamente bajo diferentes condiciones. Estas propiedades se utilizan ampliamente en muchos campos.