Mikä on infrapunasäteitä absorboivien metalliyhdisteiden periaate ja mitkä ovat sen vaikuttavat tekijät?
Metalliyhdisteillä, mukaan lukien harvinaisten maametallien yhdisteet, on ratkaiseva rooli infrapuna-absorptiossa. Johtajana harvinaisten metallien ja harvinaisten maametallien yhdisteissäUrbanMines Tech. Co., Ltd. palvelee lähes 1/8 maailman asiakkaista infrapuna-absorptiossa. Vastatakseen asiakkaidemme tätä asiaa koskeviin teknisiin tiedusteluihin yrityksemme tutkimus- ja kehityskeskus on koonnut tämän artikkelin antaakseen vastauksia
1. Metalliyhdisteiden infrapuna-absorption periaate ja ominaisuudet
Metalliyhdisteiden infrapuna-absorption periaate perustuu pääasiassa niiden molekyylirakenteen ja kemiallisten sidosten värähtelyyn. Infrapunaspektroskopia tutkii molekyylirakennetta mittaamalla molekyylinsisäisen värähtelyn ja pyörimisenergiatasojen siirtymää. Metalliyhdisteiden kemiallisten sidosten värähtely johtaa infrapuna-absorptioon, erityisesti metalli-orgaanisiin sidoksiin metalli-orgaanisissa yhdisteissä, monien epäorgaanisten sidosten värähtelyyn ja kiderungon värähtelyyn, joka ilmenee infrapunaspektrin eri alueilla.
Eri metalliyhdisteiden suorituskyky infrapunaspektreissä:
(1). MXene-materiaali: MXene on kaksiulotteinen siirtymämetalli-hiili/typpiyhdiste, jossa on runsaasti komponentteja, metallinjohtavuus, suuri ominaispinta-ala ja aktiivinen pinta. Sillä on erilaiset infrapuna-absorptionopeudet lähi-infrapuna- ja keski- / kauko-infrapunakaistoilla, ja sitä on käytetty laajasti infrapunanaamioinnissa, fototermisessä muuntamisessa ja muilla aloilla viime vuosina.
(2).Kupariyhdisteet : Fosforia sisältävät kupariyhdisteet toimivat hyvin infrapuna-absorboijien joukossa, estävät tehokkaasti ultraviolettisäteiden aiheuttaman mustumisilmiön ja säilyttävät erinomaiset näkyvän valon läpäisy- ja infrapuna-absorptioominaisuudet vakaasti pitkään3.
Käytännön sovellustapaukset
(1).Infrapunanaamiointi: MXene-materiaaleja käytetään laajalti infrapunanaamioinnissa niiden erinomaisten infrapuna-absorptioominaisuuksien ansiosta. Ne voivat vähentää tehokkaasti kohteen infrapunaominaisuuksia ja parantaa peittävyyttä2.
(2).Fototerminen muuntaminen: MXene-materiaalien säteilyominaisuudet ovat alhaiset keski-/kaukosäätimen infrapunakaistoilla, jotka soveltuvat fototermiseen muunnossovelluksiin ja voivat muuntaa valoenergian tehokkaasti lämpöenergiaksi2.
(3). Ikkunamateriaalit: Infrapuna-absorboijia sisältäviä hartsikoostumuksia käytetään ikkunamateriaaleissa estämään tehokkaasti infrapunasäteet ja parantamaan energiatehokkuutta.
Nämä käyttötapaukset osoittavat metalliyhdisteiden monimuotoisuuden ja käytännöllisyyden infrapuna-absorptiossa, erityisesti niiden tärkeän roolin nykyaikaisessa tieteessä ja teollisuudessa.
2. Mitkä metalliyhdisteet voivat absorboida infrapunasäteitä?
Metalliyhdisteitä, jotka voivat absorboida infrapunasäteitä, ovat mmantimoni tinaoksidi (ATO), indiumtinaoksidi (ITO), alumiinisinkkioksidi (AZO), volframitrioksidi (WO3), rautatetroksidi (Fe3O4) ja strontiumtitanaatti (SrTiO3).
2.1 Metalliyhdisteiden infrapuna-absorptio-ominaisuudet
Antimonitinaoksidi (ATO): Se voi suojata lähi-infrapunavaloa, jonka aallonpituus on suurempi kuin 1500 nm, mutta ei voi suojata ultraviolettivaloa ja infrapunavaloa, jonka aallonpituus on alle 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): ATO:n tapaan sillä on lähi-infrapunavaloa suojaava vaikutus.
Sinkkialumiinioksidi (AZO): Sen tehtävänä on myös suojata lähi-infrapunavaloa.
Volframitrioksidi (WO3): Sillä on paikallinen pintaplasmoniresonanssivaikutus ja pieni polaroniabsorptiomekanismi, se voi suojata infrapunasäteilyä, jonka aallonpituus on 780-2500 nm, ja se on myrkytön ja halpa.
Fe3O4: Sillä on hyvät infrapuna-absorptio- ja lämpövasteominaisuudet, ja sitä käytetään usein infrapuna-antureissa ja ilmaisimissa.
Strontiumtitanaatti (SrTiO3): sillä on erinomaiset infrapuna-absorptio ja optiset ominaisuudet, sopii infrapuna-antureille ja -ilmaisimille.
Erbiumfluoridi (ErF3) on harvinaisten maametallien yhdiste, joka voi absorboida infrapunasäteitä. Erbiumfluoridissa on vaaleanpunaisia kiteitä, sulamispiste 1350 °C, kiehumispiste 2200 °C ja tiheys 7,814 g/cm³. Sitä käytetään pääasiassa optisissa pinnoitteissa, kuidun dopingissa, laserkiteissä, yksikideraaka-aineissa, laservahvistimissa, katalyyttilisäaineissa ja muilla aloilla.
2.2 Metalliyhdisteiden käyttö infrapunaa absorboivissa materiaaleissa
Näitä metalliyhdisteitä käytetään laajasti infrapuna-absorptiomateriaaleissa. Esimerkiksi ATO:ta, ITO:ta ja AZO:ta käytetään usein läpinäkyvissä johtavissa, antistaattisissa, säteilysuojapinnoitteissa ja läpinäkyvissä elektrodeissa; WO3:a käytetään laajalti erilaisissa lämpöeristys-, absorptio- ja heijastus-infrapunamateriaaleissa sen erinomaisen lähi-infrapunasuojaussuorituskyvyn ja myrkyttömien ominaisuuksien ansiosta. Näillä metalliyhdisteillä on tärkeä rooli infrapunateknologian alalla ainutlaatuisten infrapuna-absorptio-ominaisuuksiensa vuoksi.
2.3 Mitkä harvinaisten maametallien yhdisteet voivat absorboida infrapunasäteitä?
Harvinaisten maametallien joukossa lantaaniheksaboridi ja nanokokoinen lantaaniboridi voivat absorboida infrapunasäteitä.Lantaaniheksaboridi (LaB6)on materiaali, jota käytetään laajalti tutka-, ilmailu-, elektroniikkateollisuudessa, instrumenteissa, lääketieteellisissä laitteissa, kodinkoneiden metallurgiassa, ympäristönsuojelussa ja muilla aloilla. Erityisesti lantaaniheksaboridiyksikide on materiaali suuritehoisten elektroniputkien, magnetronien, elektronisuihkujen, ionisuihkujen ja kiihdytinkatodien valmistukseen.
Lisäksi nanomittakaavan lantaaniboridilla on myös ominaisuus absorboida infrapunasäteitä. Sitä käytetään polyeteenikalvolevyjen pinnan pinnoitteessa estämään infrapunasäteet auringonvalolta. Nanokokoinen lantaaniboridi absorboi infrapunasäteitä, mutta se ei absorboi liikaa näkyvää valoa. Tämä materiaali voi estää infrapunasäteitä pääsemästä ikkunalasiin kuumassa ilmastossa ja käyttää tehokkaammin valoa ja lämpöenergiaa kylmissä ilmastoissa.
Harvinaisia maametallien elementtejä käytetään laajasti monilla aloilla, mukaan lukien sotilaallinen, ydinenergia, korkea teknologia ja päivittäiset kulutustuotteet. Esimerkiksi lantaania käytetään parantamaan seosten taktista suorituskykyä aseissa ja laitteissa, gadoliinia ja sen isotooppeja käytetään neutronien absorboijana ydinenergia-alalla ja ceriumia lasin lisäaineena absorboimaan ultravioletti- ja infrapunasäteitä.
Cerium lasin lisäaineena voi absorboida ultravioletti- ja infrapunasäteitä, ja sitä käytetään nykyään laajalti autolasissa. Se ei vain suojaa ultraviolettisäteiltä, vaan myös alentaa lämpötilaa auton sisällä, mikä säästää sähköä ilmastointiin. Vuodesta 1997 lähtien japanilaiseen autolasiin on lisätty ceriumoksidia, ja sitä käytettiin autoissa vuonna 1996.
3. Metalliyhdisteiden infrapuna-absorption ominaisuudet ja vaikuttavat tekijät
3.1 Metalliyhdisteiden infrapuna-absorption ominaisuudet ja vaikuttavat tekijät sisältävät pääasiassa seuraavat näkökohdat:
Absorptionopeusalue: Metalliyhdisteiden absorptionopeus infrapunasäteisiin vaihtelee riippuen tekijöistä, kuten metallityypistä, pinnan tilasta, lämpötilasta ja infrapunasäteiden aallonpituudesta. Tavallisten metallien, kuten alumiinin, kuparin ja raudan, infrapunasäteiden absorptionopeus on yleensä 10–50 % huoneenlämpötilassa. Esimerkiksi puhtaan alumiinipinnan absorptionopeus infrapunasäteisiin huoneenlämpötilassa on noin 12 %, kun taas karkean kuparipinnan absorptionopeus voi olla noin 40 %.
3.2 Metalliyhdisteiden infrapuna-absorption ominaisuudet ja vaikuttavat tekijät:
Metallityypit: Eri metalleilla on erilaiset atomirakenteet ja elektronijärjestelyt, mikä johtaa niiden erilaiseen absorptiokykyyn infrapunasäteille.
Pinnan kunto: Metallipinnan karheus, oksidikerros tai pinnoite vaikuttavat absorptionopeuteen.
Lämpötila: Lämpötilan muutokset muuttavat metallin sisällä olevaa elektronista tilaa, mikä vaikuttaa sen infrapunasäteiden absorptioon.
Infrapuna-aallonpituus: Infrapunasäteiden eri aallonpituuksilla on erilaiset metallien absorptioominaisuudet.
Muutokset tietyissä olosuhteissa: Tietyissä olosuhteissa metallien infrapunasäteiden absorptionopeus voi muuttua merkittävästi. Esimerkiksi kun metallipinta päällystetään kerroksella erikoismateriaalia, sen kykyä absorboida infrapunasäteitä voidaan parantaa. Lisäksi metallien elektronisen tilan muutokset korkeissa lämpötiloissa voivat myös lisätä absorptionopeutta.
Sovellusalat: Metalliyhdisteiden infrapuna-absorptio-ominaisuuksilla on tärkeä sovellusarvo infrapunatekniikassa, lämpökuvauksessa ja muilla aloilla. Esimerkiksi säätämällä metallipinnan pinnoitetta tai lämpötilaa sen infrapunasäteiden absorptiota voidaan säätää, mikä mahdollistaa sovellukset lämpötilan mittauksessa, lämpökuvauksessa jne.
Kokeelliset menetelmät ja tutkimustausta: Tutkijat määrittelivät metallien infrapunasäteiden absorptionopeuden kokeellisten mittausten ja ammatillisten tutkimusten avulla. Nämä tiedot ovat tärkeitä metalliyhdisteiden optisten ominaisuuksien ymmärtämisessä ja niihin liittyvien sovellusten kehittämisessä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että metalliyhdisteiden infrapuna-absorptio-ominaisuuksiin vaikuttavat monet tekijät, ja ne voivat muuttua merkittävästi eri olosuhteissa. Näitä ominaisuuksia käytetään laajasti monilla aloilla.