Koji je princip apsorpcije infracrvenih zraka metalnim spojevima i koji su na to utjecajni faktori?
Metalni spojevi, uključujući spojeve rijetkih zemalja, igraju ključnu ulogu u apsorpciji infracrvenog zračenja. Kao lider u proizvodnji spojeva rijetkih metala i 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, istraživačko-razvojni centar naše tvrtke sastavio je ovaj članak kako bi pružio odgovore.
1. Princip i karakteristike apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima
Princip apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima uglavnom se temelji na vibraciji njihove molekularne strukture i kemijskih veza. Infracrvena spektroskopija proučava molekularnu strukturu mjerenjem prijelaza intramolekularnih vibracija i rotacijskih energetskih razina. Vibracije kemijskih veza u metalnim spojevima dovest će do apsorpcije infracrvenog zračenja, posebno metal-organskih veza 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 infracrvenim spektrima:
(1).MXene materijal: MXene je dvodimenzionalni spoj prijelaznog metala, ugljika i dušika s bogatim komponentama, metalnom vodljivošću, velikom specifičnom površinom i aktivnom površinom. Ima različite brzine apsorpcije infracrvenog zračenja u bliskom infracrvenom i srednjem/dalekom infracrvenom pojasu te se posljednjih godina široko koristi u infracrvenoj kamuflaži, fototermalnoj konverziji i drugim područjima.
(2).Spojevi bakra: Spojevi bakra koji sadrže fosfor dobro se ponašaju među apsorberima infracrvenog zračenja, učinkovito sprječavajući fenomen zacrnjenja uzrokovan ultraljubičastim zrakama i održavajući izvrsna svojstva propusnosti vidljive svjetlosti i apsorpcije infracrvenog zračenja stabilno dulje vrijeme3.
Praktični slučajevi primjene
(1).Infracrvena kamuflaža: MXene materijali se široko koriste u infracrvenoj kamuflaži zbog svojih izvrsnih svojstava apsorpcije infracrvenog zračenja. Mogu učinkovito smanjiti infracrvene karakteristike mete i poboljšati prikrivanje2.
(2).Fototermalna konverzija: MXene materijali imaju niske emisijske karakteristike u srednjem/dalekom infracrvenom području, što ih čini prikladnima za primjenu fototermalne konverzije i mogu učinkovito pretvoriti svjetlosnu energiju u toplinsku energiju2.
(3). Materijali za prozore: Sastavi smole koji sadrže infracrvene apsorbere koriste se u materijalima za prozore kako bi učinkovito blokirali infracrvene zrake i poboljšali energetsku učinkovitost 3.
Ovi slučajevi primjene pokazuju raznolikost i praktičnost metalnih spojeva u apsorpciji infracrvenog zračenja, posebno njihovu važnu ulogu u modernoj znanosti i industriji.
2. Koji metalni spojevi mogu apsorbirati infracrvene zrake?
Metalni spojevi koji mogu apsorbirati infracrvene zrake uključujuantimonov kositrov oksid (ATO), indij kositar oksid (ITO), aluminijev cinkov oksid (AZO), volframov trioksid (WO3), željezov tetroksid (Fe3O4) i stroncijev titanat (SrTiO3).
2.1 Karakteristike infracrvene apsorpcije metalnih spojeva
Antimonov 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.
Indij-kositar oksid (ITO): Slično ATO-u, ima učinak zaštite od bliskog infracrvenog svjetla.
Cink aluminijev oksid (AZO): Također ima funkciju zaštite od bliskog infracrvenog svjetla.
Volframov trioksid (WO3): Ima lokalizirani efekt površinske plazmonske rezonancije i mali mehanizam apsorpcije polarona, može zaštititi infracrveno zračenje valne duljine 780-2500 nm, te je netoksičan i jeftin.
Fe3O4: Ima dobra svojstva apsorpcije infracrvenog zračenja i toplinskog odziva te se često koristi u infracrvenim senzorima i detektorima.
Stroncijev titanat (SrTiO3): ima izvrsna svojstva apsorpcije infracrvenog zračenja i optička svojstva, pogodan za infracrvene senzore i detektore.
Erbijev fluorid (ErF3): je rijedak zemni spoj koji može apsorbirati infracrvene zrake. Erbijev fluorid ima ružičaste kristale, talište 1350 °C, vrelište 2200 °C i gustoću od 7,814 g/cm³. Uglavnom se koristi u optičkim premazima, dopiranju vlakana, laserskim kristalima, sirovinama za monokristale, laserskim pojačalima, katalitičkim aditivima i drugim područjima.
2.2 Primjena metalnih spojeva u materijalima koji apsorbiraju infracrveno zračenje
Ovi metalni spojevi se široko koriste u materijalima za apsorpciju infracrvenog zračenja. Na primjer, ATO, ITO i AZO se često koriste u prozirnim vodljivim, antistatičkim, premazima za zaštitu od zračenja i prozirnim elektrodama; WO3 se široko koristi u raznim toplinskim izolacijskim, apsorpcijskim i reflektirajućim infracrvenim materijalima zbog svojih izvrsnih svojstava zaštite od bliskog infracrvenog zračenja i netoksičnih svojstava. Ovi metalni spojevi igraju važnu ulogu u području infracrvene tehnologije zbog svojih jedinstvenih karakteristika apsorpcije infracrvenog zračenja.
2.3 Koji rijetki zemni spojevi mogu apsorbirati infracrvene zrake?
Među rijetkim zemnim elementima, lantanov heksaborid i nanočestični lantanov borid 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 snopova, ionskih snopova i akceleratorskih katoda.
Osim toga, nano-lantanov borid također ima svojstvo apsorpcije infracrvenih zraka. Koristi se u premazu na površini polietilenskih folija za blokiranje infracrvenih zraka sunčeve svjetlosti. Iako apsorbira infracrvene zrake, nano-lantanov borid ne apsorbira previše vidljive svjetlosti. Ovaj materijal može spriječiti ulazak infracrvenih zraka u prozorsko staklo u vrućim klimama i može učinkovitije koristiti svjetlosnu i toplinsku energiju u hladnim klimama.
Rijetki zemni elementi široko se koriste u mnogim područjima, uključujući vojsku, nuklearnu energiju, visoku tehnologiju i svakodnevne potrošačke proizvode. Na primjer, lantan se koristi za poboljšanje taktičkih performansi legura u oružju i opremi, gadolinij i njegovi izotopi koriste se kao apsorberi neutrona u području nuklearne energije, a cerij se koristi kao dodatak staklu za apsorpciju ultraljubičastih i infracrvenih zraka.
Cerij, kao dodatak staklu, može apsorbirati ultraljubičaste i infracrvene zrake te se sada široko koristi u automobilskom staklu. Ne samo da štiti od ultraljubičastih zraka, već i smanjuje temperaturu unutar automobila, čime štedi električnu energiju za klimatizaciju. Od 1997. godine japanskom automobilskom staklu dodaje se cerijev oksid, a u automobilima se koristio 1996. godine.
3. Svojstva i utjecajni faktori apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima
3.1 Svojstva i utjecajni faktori apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima uglavnom uključuju sljedeće aspekte:
Raspon stope apsorpcije: Stopa apsorpcije metalnih spojeva infracrvenih zraka varira ovisno o čimbenicima kao što su vrsta metala, stanje površine, temperatura i valna duljina infracrvenih zraka. Uobičajeni metali poput aluminija, bakra i željeza obično imaju stopu apsorpcije infracrvenih zraka između 10% i 50% na sobnoj temperaturi. Na primjer, stopa apsorpcije infracrvenih zraka čiste aluminijske površine na sobnoj temperaturi iznosi oko 12%, dok stopa apsorpcije hrapave bakrene površine može doseći oko 40%.
3.2 Svojstva i utjecajni faktori apsorpcije infracrvenog zračenja metalnim spojevima:
Vrste metala: Različiti metali imaju različite atomske strukture i raspored elektrona, što rezultira njihovim različitim sposobnostima apsorpcije infracrvenih zraka.
Stanje površine: Hrapavost, oksidni sloj ili premaz metalne površine utjecat će na brzinu apsorpcije.
Temperatura: Promjene temperature promijenit će elektroničko stanje unutar metala, što će utjecati na njegovu apsorpciju infracrvenih zraka.
Valna duljina infracrvenog zračenja: Različite valne duljine infracrvenih zraka imaju različite sposobnosti apsorpcije za metale.
Promjene pod određenim uvjetima: Pod određenim specifičnim uvjetima, brzina apsorpcije infracrvenih zraka metalima može se značajno promijeniti. Na primjer, kada je metalna površina prekrivena slojem posebnog materijala, njezina sposobnost apsorpcije infracrvenih zraka može se poboljšati. Osim toga, promjene u elektroničkom stanju metala u okruženjima s visokom temperaturom također mogu dovesti do povećanja brzine apsorpcije.
Područja primjene: Svojstva apsorpcije infracrvenog zračenja metalnih spojeva imaju važnu primjenu u infracrvenoj tehnologiji, termovizijskom snimanju i drugim područjima. Na primjer, kontroliranjem premaza ili temperature metalne površine može se podesiti apsorpcija infracrvenih zraka, što omogućuje primjenu u mjerenju temperature, termovizijskom snimanju itd.
Eksperimentalne metode i istraživačka pozadina: Istraživači su odredili brzinu apsorpcije infracrvenih zraka metalima putem eksperimentalnih mjerenja i stručnih studija. Ovi podaci važni su za razumijevanje optičkih svojstava metalnih spojeva i razvoj srodnih primjena.
Ukratko, na svojstva apsorpcije infracrvenog zračenja metalnih spojeva utječu mnogi čimbenici i mogu se značajno mijenjati pod različitim uvjetima. Ta se svojstva široko koriste u mnogim područjima.