Cal é o principio de absorción de raios infravermellos por parte dos compostos metálicos e cales son os factores que inflúen nel?
Os compostos metálicos, incluídos os compostos de terras raras, desempeñan un papel crucial na absorción de infravermellos. Como líder en metais raros e compostos de terras raras,UrbanMines Tech. Co., Ltd.. presta servizo a case 1/8 dos clientes mundiais de absorción de infravermellos. Para responder ás consultas técnicas dos nosos clientes sobre este asunto, o centro de investigación e desenvolvemento da nosa empresa elaborou este artigo para proporcionar respostas.
1. O principio e as características da absorción infravermella por compostos metálicos
O principio da absorción infravermella por compostos metálicos baséase principalmente na vibración da súa estrutura molecular e dos enlaces químicos. A espectroscopia infravermella estuda a estrutura molecular medindo a transición da vibración intramolecular e os niveis de enerxía rotacional. A vibración dos enlaces químicos nos compostos metálicos levará á absorción infravermella, especialmente aos enlaces metal-orgánicos nos compostos metal-orgánicos, á vibración de moitos enlaces inorgánicos e á vibración da estrutura cristalina, que aparecerá en diferentes rexións do espectro infravermello.
Rendemento de diferentes compostos metálicos en espectros infravermellos:
(1). Material MXeno: o MXeno é un composto bidimensional de metal de transición-carbono/nitróxeno con ricos compoñentes, condutividade metálica, unha gran superficie específica e unha superficie activa. Ten diferentes taxas de absorción infravermella nas bandas do infravermello próximo e do infravermello medio/lonxe e foi amplamente utilizado en camuflaxe infravermella, conversión fototérmica e outros campos nos últimos anos.
(2).Compostos de cobre: Os compostos de cobre que conteñen fósforo funcionan ben entre os absorbentes de infravermellos, evitando eficazmente o fenómeno de ennegrecemento causado polos raios ultravioleta e mantendo excelentes propiedades de transmitancia da luz visible e absorción de infravermellos de forma estable durante moito tempo3.
Casos de aplicación práctica
(1).Camuflatura infravermella: Os materiais MXene úsanse amplamente na camuflaxe infravermella debido ás súas excelentes propiedades de absorción infravermella. Poden reducir eficazmente as características infravermellas do obxectivo e mellorar a ocultación2.
(2).Conversión fototérmica: Os materiais MXeno teñen características de baixa emisión nas bandas do infravermello medio/lonxe, o que son axeitados para aplicacións de conversión fototérmica e poden converter eficientemente a enerxía luminosa en enerxía térmica2.
(3). Materiais para fiestras: As composicións de resina que conteñen absorbentes de infravermellos utilízanse nos materiais para fiestras para bloquear eficazmente os raios infravermellos e mellorar a eficiencia enerxética.
Estes casos de aplicación demostran a diversidade e a practicidade dos compostos metálicos na absorción infravermella, especialmente o seu importante papel na ciencia e a industria modernas.
2. Que compostos metálicos poden absorber raios infravermellos?
Os compostos metálicos que poden absorber raios infravermellos inclúenóxido de antimonio e estaño (ATO), óxido de indio e estaño (ITO), óxido de cinc e aluminio (AZO), trióxido de volframio (WO3), tetróxido de ferro (Fe3O4) e titanato de estroncio (SrTiO3).
2.1 Características de absorción infravermella de compostos metálicos
Óxido de antimonio e estaño (ATO): pode protexer a luz infravermella próxima cunha lonxitude de onda superior a 1500 nm, pero non pode protexer a luz ultravioleta nin a luz infravermella cunha lonxitude de onda inferior a 1500 nm.
Óxido de indio e estaño (ITO): Semellante ao ATO, ten o efecto de protexer a luz infravermella próxima.
Óxido de zinc e aluminio (AZO): Tamén ten a función de protexer a luz infravermella próxima.
Trióxido de volframio (WO3): Ten un efecto de resonancia plasmónica superficial localizado e un mecanismo de absorción de pequenos polaróns, pode protexer a radiación infravermella cunha lonxitude de onda de 780-2500 nm, e non é tóxico e barato.
Fe3O4: Ten boas propiedades de absorción infravermella e resposta térmica e úsase a miúdo en sensores e detectores infravermellos.
Titanato de estroncio (SrTiO3): ten excelentes propiedades ópticas e de absorción infravermella, axeitado para sensores e detectores infravermellos.
Fluoruro de erbio (ErF3): é un composto de terras raras que pode absorber raios infravermellos. O fluoruro de erbio ten cristais de cor rosa, un punto de fusión de 1350 °C, un punto de ebulición de 2200 °C e unha densidade de 7,814 g/cm³. Úsase principalmente en revestimentos ópticos, dopado de fibras, cristais láser, materias primas monocristalinas, amplificadores láser, aditivos catalizadores e outros campos.
2.2 Aplicación de compostos metálicos en materiais absorbentes de infravermellos
Estes compostos metálicos úsanse amplamente en materiais de absorción de infravermellos. Por exemplo, o ATO, o ITO e o AZO úsanse a miúdo en revestimentos transparentes condutores, antiestáticos e de protección contra a radiación, así como en eléctrodos transparentes; o WO3 úsase amplamente en diversos materiais de illamento térmico, absorción e reflexión de infravermellos debido ao seu excelente rendemento de blindaxe no infravermello próximo e ás súas propiedades non tóxicas. Estes compostos metálicos desempeñan un papel importante no campo da tecnoloxía infravermella debido ás súas características únicas de absorción de infravermellos.
2.3 Que compostos de terras raras poden absorber raios infravermellos?
Entre os elementos de terras raras, o hexaboruro de lantano e o boruro de lantano de tamaño nanométrico poden absorber raios infravermellos.Hexaboruro de lantano (LaB6)é un material amplamente empregado en radares, industria aeroespacial, electrónica, instrumentación, equipos médicos, metalurxia de electrodomésticos, protección ambiental e outros campos. En particular, o monocristal de hexaboruro de lantano é un material para fabricar tubos electrónicos de alta potencia, magnetróns, feixes de electróns, feixes de ións e cátodos de aceleradores.
Ademais, o boruro de lantano a nanoescala tamén ten a propiedade de absorber raios infravermellos. Úsase no revestimento da superficie de láminas de película de polietileno para bloquear os raios infravermellos da luz solar. Aínda que absorbe os raios infravermellos, o boruro de lantano a nanoescala non absorbe demasiada luz visible. Este material pode evitar que os raios infravermellos entren no vidro das fiestras en climas cálidos e pode utilizar de forma máis eficaz a enerxía da luz e a calor en climas fríos.
Os elementos de terras raras úsanse amplamente en moitos campos, incluíndo o militar, a enerxía nuclear, a alta tecnoloxía e os produtos de consumo diario. Por exemplo, o lantano úsase para mellorar o rendemento táctico das aliaxes en armas e equipos, o gadolinio e os seus isótopos utilízanse como absorbentes de neutróns no campo da enerxía nuclear e o cerio úsase como aditivo do vidro para absorber os raios ultravioleta e infravermellos.
O cerio, como aditivo para o vidro, pode absorber os raios ultravioleta e infravermellos e agora úsase amplamente no vidro dos automóbiles. Non só protexe contra os raios ultravioleta, senón que tamén reduce a temperatura no interior do coche, aforrando así electricidade para o aire acondicionado. Desde 1997, engádeselle óxido de cerio ao vidro dos automóbiles xaponeses e comezou a utilizarse nos automóbiles en 1996.
3. Propiedades e factores que inflúen na absorción de infravermellos por compostos metálicos
3.1 As propiedades e os factores que inflúen na absorción infravermella por compostos metálicos inclúen principalmente os seguintes aspectos:
Rango de taxa de absorción: A taxa de absorción dos compostos metálicos aos raios infravermellos varía dependendo de factores como o tipo de metal, o estado da superficie, a temperatura e a lonxitude de onda dos raios infravermellos. Os metais comúns como o aluminio, o cobre e o ferro adoitan ter unha taxa de absorción de raios infravermellos entre o 10 % e o 50 % á temperatura ambiente. Por exemplo, a taxa de absorción da superficie de aluminio puro aos raios infravermellos á temperatura ambiente é de aproximadamente o 12 %, mentres que a taxa de absorción da superficie rugosa de cobre pode alcanzar aproximadamente o 40 %.
3.2 Propiedades e factores que inflúen na absorción de infravermellos por compostos metálicos:
Tipos de metais: Os diferentes metais teñen diferentes estruturas atómicas e disposicións electrónicas, o que resulta nas súas diferentes capacidades de absorción dos raios infravermellos.
Estado da superficie: A rugosidade, a capa de óxido ou o revestimento da superficie metálica afectarán a taxa de absorción.
Temperatura: Os cambios de temperatura alterarán o estado electrónico do interior do metal, o que afectará á súa absorción de raios infravermellos.
Lonxitude de onda infravermella: As diferentes lonxitudes de onda dos raios infravermellos teñen diferentes capacidades de absorción para os metais.
Cambios en condicións específicas: En determinadas condicións específicas, a taxa de absorción dos raios infravermellos polos metais pode cambiar significativamente. Por exemplo, cando unha superficie metálica se recubre cunha capa dun material especial, a súa capacidade para absorber raios infravermellos pode mellorar. Ademais, os cambios no estado electrónico dos metais en ambientes de alta temperatura tamén poden levar a un aumento da taxa de absorción.
Campos de aplicación: As propiedades de absorción de raios infravermellos dos compostos metálicos teñen un importante valor de aplicación na tecnoloxía infravermella, a imaxe térmica e outros campos. Por exemplo, ao controlar o revestimento ou a temperatura dunha superficie metálica, pódese axustar a súa absorción de raios infravermellos, o que permite aplicacións na medición da temperatura, a imaxe térmica, etc.
Métodos experimentais e antecedentes da investigación: Os investigadores determinaron a taxa de absorción dos raios infravermellos polos metais mediante medicións experimentais e estudos profesionais. Estes datos son importantes para comprender as propiedades ópticas dos compostos metálicos e desenvolver aplicacións relacionadas.
En resumo, as propiedades de absorción infravermella dos compostos metálicos vense afectadas por moitos factores e poden cambiar significativamente en diferentes condicións. Estas propiedades úsanse amplamente en moitos campos.