ترکیبات فلزی جذب کننده اشعه مادون قرمز

اصل جذب ترکیبات فلزی پرتوهای مادون قرمز چیست و چه عواملی بر آن تأثیر می گذارد؟

ترکیبات فلزی، از جمله ترکیبات خاکی کمیاب، نقش مهمی در جذب مادون قرمز دارند. به عنوان یک رهبر در فلزات کمیاب و ترکیبات خاکی کمیاب،UrbanMines Tech. شرکت با مسئولیت محدود. نزدیک به 1/8 مشتریان جهان را برای جذب مادون قرمز ارائه می دهد. مرکز تحقیق و توسعه شرکت ما برای پاسخگویی به سوالات فنی مشتریان در این زمینه، این مقاله را برای ارائه پاسخ به این موضوع گردآوری کرده است.
1. اصل و ویژگی های جذب مادون قرمز توسط ترکیبات فلزی

اصل جذب مادون قرمز توسط ترکیبات فلزی عمدتاً بر اساس ارتعاش ساختار مولکولی و پیوندهای شیمیایی آنها است. طیف‌سنجی فروسرخ ساختار مولکولی را با اندازه‌گیری انتقال ارتعاش درون مولکولی و سطوح انرژی چرخشی مطالعه می‌کند. ارتعاش پیوندهای شیمیایی در ترکیبات فلزی منجر به جذب فروسرخ به ویژه پیوندهای فلز-آلی در ترکیبات فلز-آلی، ارتعاش بسیاری از پیوندهای معدنی و ارتعاش قاب کریستالی می شود که در مناطق مختلف طیف مادون قرمز ظاهر می شود.

عملکرد ترکیبات فلزی مختلف در طیف مادون قرمز:
(1) مواد MXene: MXene یک ترکیب دو بعدی انتقالی فلز-کربن/نیتروژن با اجزای غنی، رسانایی فلزی، سطح ویژه بزرگ و سطح فعال است. نرخ جذب مادون قرمز متفاوتی در باندهای مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز میانی/دور دارد و در سال های اخیر به طور گسترده در استتار مادون قرمز، تبدیل فتوترمال و سایر زمینه ها استفاده شده است.
(2).‌ترکیبات مس‌: ترکیبات مس حاوی فسفر در بین جاذب‌های فروسرخ به خوبی عمل می‌کنند و به طور موثر از پدیده سیاه‌شدن ناشی از اشعه ماوراء بنفش جلوگیری می‌کنند و عبور نور مرئی عالی و خواص جذب فروسرخ را برای مدت طولانی پایدار نگه می‌دارند.

موارد کاربردی کاربردی
(1) استتار مادون قرمز‌: مواد MXene به دلیل خاصیت جذب فوق‌العاده مادون قرمز به طور گسترده در استتار مادون قرمز استفاده می‌شوند. آنها می توانند به طور موثر ویژگی های مادون قرمز هدف را کاهش دهند و پنهان سازی را بهبود بخشند.
(2) تبدیل فتوترمال: مواد MXene دارای ویژگی‌های انتشار کم در نوارهای فروسرخ متوسط/دور هستند که برای کاربردهای تبدیل فتوترمال مناسب هستند و می‌توانند انرژی نور را به طور موثر به انرژی گرمایی تبدیل کنند.
(3) مواد پنجره: ترکیبات رزین حاوی جاذب های مادون قرمز در مواد پنجره برای مسدود کردن موثر پرتوهای مادون قرمز و بهبود بهره وری انرژی استفاده می شود.
این موارد کاربردی نشان دهنده تنوع و کاربردی بودن ترکیبات فلزی در جذب مادون قرمز، به ویژه نقش مهم آنها در علم و صنعت مدرن است.

2. کدام ترکیبات فلزی می توانند اشعه مادون قرمز را جذب کنند؟

ترکیبات فلزی که می توانند پرتوهای مادون قرمز را جذب کنند عبارتند ازاکسید قلع آنتیموان (ATO), اکسید قلع ایندیم (ITO)، اکسید روی آلومینیوم (AZO)، تری اکسید تنگستن (WO3)، تتروکسید آهن (Fe3O4) و تیتانات استرانسیم (SrTiO3).

2.1 ویژگی های جذب مادون قرمز ترکیبات فلزی
اکسید قلع آنتیموان (ATO): می تواند از نور مادون قرمز نزدیک با طول موج بیشتر از 1500 نانومتر محافظت کند، اما نمی تواند از نور ماوراء بنفش و نور مادون قرمز با طول موج کمتر از 1500 نانومتر محافظت کند.
اکسید قلع ایندیم (ITO): مشابه ATO، اثر محافظت از نور مادون قرمز نزدیک را دارد.
اکسید آلومینیوم روی (AZO): همچنین عملکرد محافظت از نور مادون قرمز نزدیک را دارد.
تری اکسید تنگستن (WO3): دارای اثر تشدید پلاسمون سطحی موضعی و مکانیسم جذب پولارون کوچک است، می تواند از تشعشعات مادون قرمز با طول موج 780-2500 نانومتر محافظت کند و غیر سمی و ارزان است.
Fe3O4‌: خاصیت جذب مادون قرمز و پاسخ حرارتی خوبی دارد و اغلب در حسگرها و آشکارسازهای مادون قرمز استفاده می‌شود.
تیتانات استرانسیوم (SrTiO3): دارای خاصیت جذب مادون قرمز و خواص نوری عالی، مناسب برای حسگرها و آشکارسازهای مادون قرمز.
اربیوم فلوراید (ErF3): یک ترکیب خاکی کمیاب است که می تواند اشعه مادون قرمز را جذب کند. فلوراید اربیوم دارای کریستال های رز رنگ، نقطه ذوب 1350 درجه سانتی گراد، نقطه جوش 2200 درجه سانتی گراد و چگالی 7.814 گرم بر سانتی متر مکعب است. این عمدتا در پوشش های نوری، دوپینگ فیبر، کریستال های لیزری، مواد اولیه تک کریستالی، تقویت کننده های لیزری، افزودنی های کاتالیزور و سایر زمینه ها استفاده می شود.

2.2 کاربرد ترکیبات فلزی در مواد جاذب مادون قرمز
این ترکیبات فلزی به طور گسترده در مواد جذب مادون قرمز استفاده می شود. به عنوان مثال، ATO، ITO، و AZO اغلب در پوشش‌های رسانای شفاف، ضد الکتریسیته ساکن، محافظت در برابر تشعشع و الکترودهای شفاف استفاده می‌شوند. WO3 به دلیل عملکرد عالی محافظ مادون قرمز نزدیک و خواص غیر سمی آن به طور گسترده در مواد عایق حرارت مختلف، جذب و بازتاب مادون قرمز استفاده می شود. این ترکیبات فلزی به دلیل ویژگی های منحصر به فرد جذب مادون قرمز، نقش مهمی در زمینه فناوری مادون قرمز دارند.

2.3 کدام ترکیبات خاکی کمیاب می توانند پرتوهای مادون قرمز را جذب کنند؟

از میان عناصر خاکی کمیاب، هگزا بورید لانتانیم و بورید لانتانیم در اندازه نانو می توانند پرتوهای مادون قرمز را جذب کنند.هگزابورید لانتانیم (LaB6)ماده ای است که به طور گسترده در رادار، هوا فضا، صنایع الکترونیک، ابزار دقیق، تجهیزات پزشکی، متالورژی لوازم خانگی، حفاظت از محیط زیست و سایر زمینه ها استفاده می شود. به طور خاص، تک کریستال هگزابورید لانتانیم ماده ای برای ساخت لوله های الکترونی پرقدرت، مگنترون ها، پرتوهای الکترونی، پرتوهای یونی و کاتدهای شتاب دهنده است.
علاوه بر این، بورید لانتانیم در مقیاس نانو خاصیت جذب پرتوهای مادون قرمز را نیز دارد. در پوشش روی سطح ورق های پلی اتیلن برای جلوگیری از اشعه مادون قرمز از نور خورشید استفاده می شود. لانتانیم بورید در مقیاس نانو در حالی که پرتوهای مادون قرمز را جذب می کند، نور مرئی زیادی را جذب نمی کند. این ماده می تواند از ورود اشعه مادون قرمز به شیشه پنجره در آب و هوای گرم جلوگیری کند و می تواند به طور موثرتری از نور و انرژی گرمایی در آب و هوای سرد استفاده کند.
عناصر خاکی کمیاب به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها از جمله نظامی، انرژی هسته ای، فناوری پیشرفته و محصولات مصرفی روزانه استفاده می شود. به عنوان مثال، لانتانیم برای بهبود عملکرد تاکتیکی آلیاژها در سلاح ها و تجهیزات، گادولینیوم و ایزوتوپ های آن به عنوان جاذب نوترون در زمینه انرژی هسته ای و سریم به عنوان افزودنی شیشه برای جذب پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز استفاده می شود.
سریم، به عنوان یک افزودنی شیشه، می تواند اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز را جذب کند و در حال حاضر به طور گسترده در شیشه اتومبیل استفاده می شود. نه تنها در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند بلکه دمای داخل خودرو را نیز کاهش می دهد و در نتیجه در مصرف برق برای تهویه مطبوع صرفه جویی می کند. از سال 1997، شیشه اتومبیل ژاپنی با اکسید سریم اضافه شد و در سال 1996 در اتومبیل استفاده شد.

3. خواص و عوامل موثر در جذب مادون قرمز توسط ترکیبات فلزی

3.1 خواص و عوامل مؤثر در جذب مادون قرمز توسط ترکیبات فلزی عمدتاً شامل جنبه های زیر است:

محدوده سرعت جذب: میزان جذب ترکیبات فلزی به پرتوهای مادون قرمز بسته به عواملی مانند نوع فلز، حالت سطح، دما و طول موج پرتوهای مادون قرمز متفاوت است. فلزات معمولی مانند آلومینیوم، مس و آهن معمولاً دارای نرخ جذب پرتوهای مادون قرمز بین 10 تا 50 درصد در دمای اتاق هستند. به عنوان مثال، نرخ جذب سطح آلومینیوم خالص به اشعه مادون قرمز در دمای اتاق حدود 12٪ است، در حالی که نرخ جذب سطح مس ناصاف ممکن است به حدود 40٪ برسد.

3.2 خواص و عوامل مؤثر در جذب مادون قرمز توسط ترکیبات فلزی:

انواع فلزات: فلزات مختلف ساختار اتمی و آرایش الکترونی متفاوتی دارند که در نتیجه قابلیت جذب پرتوهای مادون قرمز متفاوت است.
وضعیت سطح: ناهمواری، لایه اکسیدی یا پوشش سطح فلز بر میزان جذب تأثیر می‌گذارد.
دما: تغییرات دما حالت الکترونیکی داخل فلز را تغییر می‌دهد و در نتیجه بر جذب اشعه مادون قرمز آن تأثیر می‌گذارد.
طول موج مادون قرمز: طول موج های مختلف پرتوهای مادون قرمز قابلیت جذب متفاوتی برای فلزات دارند.
تغییرات در شرایط خاص: در شرایط خاص، نرخ جذب پرتوهای فروسرخ توسط فلزات ممکن است به طور قابل توجهی تغییر کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک سطح فلزی با لایه ای از مواد خاص پوشانده می شود، توانایی آن در جذب پرتوهای مادون قرمز را می توان افزایش داد. علاوه بر این، تغییرات در حالت الکترونیکی فلزات در محیط های با دمای بالا نیز ممکن است منجر به افزایش نرخ جذب شود.
زمینه های کاربردی: خواص جذب مادون قرمز ترکیبات فلزی ارزش کاربردی مهمی در فناوری مادون قرمز، تصویربرداری حرارتی و سایر زمینه ها دارد. به عنوان مثال، با کنترل پوشش یا دمای یک سطح فلز، می توان جذب اشعه مادون قرمز آن را تنظیم کرد و امکان استفاده در اندازه گیری دما، تصویربرداری حرارتی و غیره را فراهم کرد.
‌روش‌های تجربی و پیشینه تحقیق: محققان با اندازه‌گیری‌های تجربی و مطالعات حرفه‌ای میزان جذب پرتوهای فروسرخ توسط فلزات را تعیین کردند. این داده ها برای درک خواص نوری ترکیبات فلزی و توسعه کاربردهای مرتبط مهم هستند.
به طور خلاصه، خواص جذب مادون قرمز ترکیبات فلزی تحت تأثیر عوامل زیادی قرار می گیرد و ممکن است در شرایط مختلف به طور قابل توجهی تغییر کند. این خواص به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود.