Koji je princip apsorpcije metalnih spojeva infracrvenih zraka i koji su čimbenici na to?
Metalni spojevi, uključujući spojeve rijetkih zemalja, igraju ključnu ulogu u infracrvenoj apsorpciji. Kao lider u rijetkim metalima i spojevima rijetkih zemalja,UrbanMines Tech. Co., Ltd. opslužuje gotovo 1/8 svjetskih kupaca za infracrvenu apsorpciju. Kako bismo odgovorili na tehničke upite naših kupaca o ovom pitanju, centar za istraživanje i razvoj naše tvrtke sastavio je ovaj članak kako bi pružio odgovore
1.Princip i karakteristike infracrvene apsorpcije metalnih spojeva
Načelo infracrvene apsorpcije metalnih spojeva uglavnom se temelji na vibraciji njihove molekularne strukture i kemijskih veza. Infracrvena spektroskopija proučava molekularnu strukturu mjerenjem prijelaza unutarmolekularnih vibracija i razina rotacijske energije. Vibracije kemijskih veza u metalnim spojevima dovest će do infracrvene apsorpcije, posebno metal-organske veze u metal-organskim spojevima, vibracije mnogih anorganskih veza i vibracije kristalnog okvira, koje će se pojaviti u različitim područjima infracrvenog spektra.
Performanse različitih metalnih spojeva u infracrvenom spektru:
(1). MXene materijal: MXene je dvodimenzionalni prijelazni spoj metal-ugljik/dušik s bogatim komponentama, metalnom vodljivošću, velikom specifičnom površinom i aktivnom površinom. Ima različite stope apsorpcije infracrvenog zračenja u bliskom infracrvenom i srednjem/dalekom infracrvenom pojasu i naširoko se koristi u infracrvenoj kamuflaži, fototermalnoj pretvorbi i drugim poljima posljednjih godina.
(2).Spojevi bakra : Spojevi bakra koji sadrže fosfor dobro se ponašaju među infracrvenim apsorberima, učinkovito sprječavajući fenomen zacrnjenja uzrokovan ultraljubičastim zrakama i održavajući izvrsnu propusnost vidljive svjetlosti i svojstva infracrvene apsorpcije stabilno tijekom dugog vremena3.
Slučajevi praktične primjene
(1).Infracrvena kamuflaža : MXene materijali naširoko se koriste u infracrvenoj kamuflaži zbog svojih izvrsnih svojstava apsorpcije infracrvenih zraka. Oni mogu učinkovito smanjiti infracrvene karakteristike mete i poboljšati prikrivanje2.
(2).Fototermalna pretvorba : MXene materijali imaju karakteristike niske emisije u srednjem/dalekom infracrvenom pojasu, koji su prikladni za aplikacije fototermalne pretvorbe i mogu učinkovito pretvoriti svjetlosnu energiju u toplinsku energiju2.
(3). Materijali za prozore: Smjese smole koje sadrže infracrvene apsorbere koriste se u materijalima za prozore za učinkovito blokiranje infracrvenih zraka i poboljšanje energetske učinkovitosti 3.
Ovi slučajevi primjene pokazuju raznolikost i praktičnost metalnih spojeva u infracrvenoj apsorpciji, posebno njihovu važnu ulogu u modernoj znanosti i industriji.
2.Koji metalni spojevi mogu apsorbirati infracrvene zrake?
Metalni spojevi koji mogu apsorbirati infracrvene zrake uključujuantimon kositar oksid (ATO), indij kositar oksid (ITO), aluminijev cink oksid (AZO), volframov trioksid (WO3), željezni tetroksid (Fe3O4) i stroncij titanat (SrTiO3).
2.1 Karakteristike infracrvene apsorpcije metalnih spojeva
Antimon kositar oksid (ATO): Može zaštititi blisko infracrveno svjetlo s valnom duljinom većom od 1500 nm, ali ne može zaštititi ultraljubičasto svjetlo i infracrveno svjetlo s valnom duljinom manjom od 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): Slično ATO-u, ima učinak zaštite bliskog infracrvenog svjetla.
Cink aluminijev oksid (AZO): Također ima funkciju zaštite bliskog infracrvenog svjetla.
Volframov trioksid (WO3): ima lokalizirani učinak površinske plazmonske rezonancije i mali polaronski mehanizam apsorpcije, može zaštititi infracrveno zračenje valne duljine od 780-2500 nm, nije toksičan i jeftin.
Fe3O4: Ima dobru infracrvenu apsorpciju i svojstva toplinskog odziva i često se koristi u infracrvenim senzorima i detektorima.
Stroncij titanat (SrTiO3): ima izvrsnu infracrvenu apsorpciju i optička svojstva, pogodan za infracrvene senzore i detektore.
Erbijev fluorid (ErF3) : je spoj rijetke zemlje koji može apsorbirati infracrvene zrake. Erbijev fluorid ima kristale ružičaste boje, talište je 1350°C, vrelište 2200°C i gustoća 7,814g/cm³. Uglavnom se koristi u optičkim premazima, dopiranju vlakana, laserskim kristalima, monokristalnim sirovinama, laserskim pojačalima, dodacima katalizatorima i drugim poljima.
2.2 Primjena metalnih spojeva u materijalima koji apsorbiraju infracrveno zračenje
Ovi metalni spojevi naširoko se koriste u infracrvenim apsorpcijskim materijalima. Na primjer, ATO, ITO i AZO često se koriste u prozirnim vodljivim, antistatičkim premazima za zaštitu od zračenja i prozirnim elektrodama; WO3 se naširoko koristi u raznim infracrvenim materijalima za toplinsku izolaciju, apsorpciju i refleksiju zbog svoje izvrsne izvedbe zaštite u blizini infracrvenog zračenja i netoksičnih svojstava. Ovi metalni spojevi igraju važnu ulogu u polju infracrvene tehnologije zbog svojih jedinstvenih karakteristika infracrvene apsorpcije.
2.3 Koji spojevi rijetkih zemalja mogu apsorbirati infracrvene zrake?
Među elementima rijetke zemlje, lantanov heksaborid i lantanov borid nano veličine mogu apsorbirati infracrvene zrake.Lantanov heksaborid (LaB6)je materijal koji se široko koristi u radarskoj, zrakoplovnoj, elektroničkoj industriji, instrumentaciji, medicinskoj opremi, metalurgiji kućanskih aparata, zaštiti okoliša i drugim područjima. Konkretno, monokristal lantanovog heksaborida je materijal za izradu elektronskih cijevi velike snage, magnetrona, elektronskih zraka, ionskih zraka i akceleratorskih katoda.
Osim toga, lantanov borid u nanorazmjerima također ima svojstvo apsorbiranja infracrvenih zraka. Koristi se u premazu na površini polietilenskih folija za blokiranje infracrvenih zraka od sunčeve svjetlosti. Iako apsorbira infracrvene zrake, lantanov borid u nanorazmjerima ne apsorbira previše vidljive svjetlosti. Ovaj materijal može spriječiti infracrvene zrake da uđu u prozorsko staklo u vrućim klimama i može učinkovitije iskoristiti svjetlosnu i toplinsku energiju u hladnim klimama.
Elementi rijetke zemlje naširoko se koriste u mnogim područjima, uključujući vojsku, nuklearnu energiju, visoku tehnologiju i proizvode za svakodnevnu potrošnju. Na primjer, lantan se koristi za poboljšanje taktičke učinkovitosti legura u oružju i opremi, gadolinij i njegovi izotopi koriste se kao apsorberi neutrona u polju nuklearne energije, a cerij se koristi kao dodatak staklu za apsorbiranje ultraljubičastih i infracrvenih zraka.
Cerij, kao dodatak staklu, može apsorbirati ultraljubičaste i infracrvene zrake i sada se široko koristi u automobilskom staklu. Ne samo da štiti od ultraljubičastih zraka, već i smanjuje temperaturu u automobilu, čime se štedi električna energija za klima uređaj. Od 1997. japansko automobilsko staklo dodaje se cerijevim oksidom, au automobilima se koristi 1996. godine.
3.Svojstva i čimbenici utjecaja na infracrvenu apsorpciju metalnih spojeva
3.1 Svojstva i čimbenici utjecaja na infracrvenu apsorpciju metalnih spojeva uglavnom uključuju sljedeće aspekte:
Raspon stope apsorpcije: Stopa apsorpcije metalnih spojeva za infracrvene zrake varira ovisno o čimbenicima kao što su vrsta metala, stanje površine, temperatura i valna duljina infracrvenih zraka. Uobičajeni metali kao što su aluminij, bakar i željezo obično imaju stopu apsorpcije infracrvenih zraka između 10% i 50% na sobnoj temperaturi. Na primjer, stopa apsorpcije površine čistog aluminija za infracrvene zrake na sobnoj temperaturi je oko 12%, dok stopa apsorpcije grube površine bakra može doseći oko 40%.
3.2 Svojstva i faktori utjecaja na infracrvenu apsorpciju metalnih spojeva :
Vrste metala: Različiti metali imaju različite atomske strukture i rasporede elektrona, što rezultira njihovim različitim sposobnostima apsorpcije infracrvenih zraka.
Stanje površine: Hrapavost, oksidni sloj ili premaz metalne površine utjecat će na stopu upijanja.
Temperatura: Promjene temperature promijenit će elektronsko stanje unutar metala, čime će utjecati na njegovu apsorpciju infracrvenih zraka.
Infracrvena valna duljina: Različite valne duljine infracrvenih zraka imaju različite sposobnosti apsorpcije metala.
Promjene pod određenim uvjetima: Pod određenim posebnim uvjetima, stopa apsorpcije infracrvenih zraka od metala može se značajno promijeniti. Na primjer, kada je metalna površina obložena slojem posebnog materijala, može se poboljšati njena sposobnost upijanja infracrvenih zraka. Osim toga, promjene u elektronskom stanju metala u okruženjima s visokim temperaturama također mogu dovesti do povećanja stope apsorpcije.
Područja primjene: Svojstva infracrvene apsorpcije metalnih spojeva imaju važnu primjenjivu vrijednost u infracrvenoj tehnologiji, termalnim slikama i drugim poljima. Na primjer, kontroliranjem premaza ili temperature metalne površine, može se prilagoditi njezina apsorpcija infracrvenih zraka, što omogućuje primjenu u mjerenju temperature, termičkom snimanju itd.
Eksperimentalne metode i pozadina istraživanja: Istraživači su odredili stopu apsorpcije infracrvenih zraka od strane metala putem eksperimentalnih mjerenja i profesionalnih studija. Ovi su podaci važni za razumijevanje optičkih svojstava metalnih spojeva i razvoj srodnih aplikacija.
Ukratko, na svojstva infracrvene apsorpcije metalnih spojeva utječu mnogi čimbenici i mogu se značajno promijeniti u različitim uvjetima. Ova svojstva se široko koriste u mnogim područjima.