Mi az infravörös sugarakat elnyelő fémvegyületek elve, és milyen befolyásoló tényezői vannak?
A fémvegyületek, beleértve a ritkaföldfém vegyületeket is, döntő szerepet játszanak az infravörös elnyelésben. A ritkafém- és ritkaföldfém-vegyületek piacvezetőjekéntUrbanMines Tech. Co., Ltd. a világ vásárlóinak közel 1/8-át szolgálja ki infravörös elnyeléssel. Ügyfeleink ezzel kapcsolatos műszaki kérdéseinek megválaszolására cégünk kutatási és fejlesztési központja összeállította ezt a cikket, hogy válaszokat adjon.
1. A fémvegyületek infravörös abszorpciójának elve és jellemzői
A fémvegyületek infravörös abszorpciójának elve elsősorban a molekulaszerkezetük és a kémiai kötéseik rezgésén alapul. Az infravörös spektroszkópia a molekulaszerkezetet vizsgálja az intramolekuláris vibráció és a forgási energiaszintek átmenetének mérésével. A fémvegyületekben lévő kémiai kötések rezgése infravörös elnyeléshez vezet, különösen a fém-szerves kötések fém-szerves kötéseihez, számos szervetlen kötés rezgéséhez és a kristálykeret rezgéséhez, amely az infravörös spektrum különböző tartományaiban jelenik meg.
Különböző fémvegyületek teljesítménye infravörös spektrumban:
(1) MXene anyag: Az MXene egy kétdimenziós átmeneti fém-szén/nitrogén vegyület gazdag komponensekkel, fémes vezetőképességgel, nagy fajlagos felülettel és aktív felülettel. Különböző infravörös abszorpciós sebességgel rendelkezik a közeli infravörös és a közép-/távol-infravörös sávban, és az elmúlt években széles körben használták infravörös álcázásban, fototermikus átalakításban és más területeken.
(2).Rézvegyületek : A foszfortartalmú rézvegyületek jól teljesítenek az infravörös abszorberek között, hatékonyan megakadályozzák az ultraibolya sugárzás okozta elfeketedés jelenségét, és hosszú ideig stabilan fenntartják a kiváló látható fényáteresztési és infravörös abszorpciós tulajdonságokat3.
Gyakorlati alkalmazási esetek
(1).Infravörös álcázás: Az MXene anyagokat széles körben használják infravörös álcázásban kiváló infravörös elnyelő tulajdonságaik miatt. Hatékonyan csökkenthetik a céltárgy infravörös karakterisztikáját és javíthatják az elrejtést2.
(2). Fototermikus konverzió : Az MXene anyagok alacsony emissziós jellemzőkkel rendelkeznek a középső/távoli infravörös sávban, amelyek alkalmasak fototermikus konverziós alkalmazásokra, és hatékonyan képesek a fényenergiát hőenergiává alakítani2.
(3) Ablakanyagok: Infravörös abszorbereket tartalmazó gyantakompozíciókat használnak ablakanyagokban az infravörös sugarak hatékony blokkolására és az energiahatékonyság javítására 3.
Ezek az alkalmazási esetek bemutatják a fémvegyületek sokféleségét és gyakorlatiasságát az infravörös elnyelésben, különösen fontos szerepüket a modern tudományban és iparban.
2.Mely fémvegyületek képesek elnyelni az infravörös sugarakat?
Az infravörös sugarakat elnyelő fémvegyületek közé tartoznakantimon-ón-oxid (ATO), indium-ón-oxid (ITO), alumínium-cink-oxid (AZO), volfrám-trioxid (WO3), vas-tetroxid (Fe3O4) és stroncium-titanát (SrTiO3).
2.1 Fémvegyületek infravörös abszorpciós jellemzői
Antimon-ón-oxid (ATO): 1500 nm-nél nagyobb hullámhosszú közeli infravörös fényt képes leárnyékolni, de nem védi az ultraibolya fényt és az 1500 nm-nél kisebb hullámhosszú infravörös fényt.
Indium-ón-oxid (ITO): Az ATO-hoz hasonlóan árnyékolja a közeli infravörös fényt.
Cink-alumínium-oxid (AZO): A közeli infravörös fény árnyékoló funkciója is.
Volfrám-trioxid (WO3): lokalizált felületi plazmonrezonancia hatással és kis polaron abszorpciós mechanizmussal rendelkezik, képes védeni a 780-2500 nm hullámhosszú infravörös sugárzást, nem mérgező és olcsó.
Fe3O4: Jó infravörös abszorpciós és hőreakciós tulajdonságokkal rendelkezik, és gyakran használják infravörös érzékelőkben és detektorokban.
Stroncium-titanát (SrTiO3): kiváló infravörös elnyeléssel és optikai tulajdonságokkal rendelkezik, alkalmas infravörös érzékelőkhöz és detektorokhoz.
Erbium-fluorid (ErF3): egy ritkaföldfém vegyület, amely képes elnyelni az infravörös sugarakat. Az erbium-fluorid rózsaszín kristályai, olvadáspontja 1350 °C, forráspontja 2200 °C, sűrűsége 7,814 g/cm³. Főleg optikai bevonatokban, száladagolásban, lézerkristályokban, egykristályos nyersanyagokban, lézererősítőkben, katalizátor-adalékanyagokban és más területeken használják.
2.2 Fémvegyületek alkalmazása infravörös elnyelő anyagokban
Ezeket a fémvegyületeket széles körben használják infravörös abszorpciós anyagokban. Például az ATO-t, az ITO-t és az AZO-t gyakran használják átlátszó vezetőképes, antisztatikus, sugárvédő bevonatokban és átlátszó elektródákban; A WO3-at széles körben használják különféle hőszigetelő, abszorpciós és reflexiós infravörös anyagokban, kiváló közeli infravörös árnyékolási teljesítményének és nem mérgező tulajdonságainak köszönhetően. Ezek a fémvegyületek egyedülálló infravörös elnyelési tulajdonságaik miatt fontos szerepet töltenek be az infravörös technológia területén.
2.3 Mely ritkaföldfém-vegyületek képesek elnyelni az infravörös sugarakat?
A ritkaföldfémek közül a lantán-hexaborid és a nanoméretű lantán-borid képes elnyelni az infravörös sugarakat.Lantán-hexaborid (LaB6)egy olyan anyag, amelyet széles körben használnak a radar, a repülőgépipar, az elektronikai ipar, a műszerek, az orvosi berendezések, a háztartási készülékek kohászatában, a környezetvédelemben és más területeken. A lantán-hexaborid egykristály különösen nagy teljesítményű elektroncsövek, magnetronok, elektronsugarak, ionsugarak és gyorsítókatódok készítésére alkalmas anyag.
Emellett a nanoméretű lantán-borid az infravörös sugarakat is elnyeli. Polietilén fólialapok felületének bevonatában használják, hogy blokkolja az infravörös sugarakat a napfénytől. Miközben elnyeli az infravörös sugarakat, a nanoméretű lantán-borid nem nyel el túl sok látható fényt. Ez az anyag meleg éghajlaton megakadályozhatja az infravörös sugarak bejutását az ablaküvegbe, hideg éghajlaton pedig hatékonyabban tudja hasznosítani a fény- és hőenergiát.
A ritkaföldfém elemeket széles körben használják számos területen, beleértve a katonai, az atomenergiát, a csúcstechnológiát és a napi fogyasztási cikkeket. Például a lantánt a fegyverekben és felszerelésekben használt ötvözetek taktikai teljesítményének javítására, a gadolíniumot és izotópjait neutronelnyelőként használják az atomenergia területén, a cériumot pedig üvegadalékként használják az ultraibolya és infravörös sugarak elnyelésére.
A cérium, mint üvegadalék, képes elnyelni az ultraibolya és infravörös sugarakat, és ma már széles körben használják az autóüvegekben. Nemcsak az ultraibolya sugarak ellen véd, hanem csökkenti az autó belsejében a hőmérsékletet is, így energiát takarít meg a légkondicionáló számára. 1997 óta a japán autóüveghez cérium-oxidot adnak, és 1996-ban használták az autókban.
3. A fémvegyületek infravörös elnyelésének tulajdonságai és befolyásoló tényezői
3.1 A fémvegyületek infravörös elnyelésének tulajdonságai és befolyásoló tényezői főként a következő szempontokat foglalják magukban:
Abszorpciós sebességtartomány: A fémvegyületek infravörös sugarakkal szembeni abszorpciós sebessége olyan tényezőktől függően változik, mint a fém típusa, felületi állapota, hőmérséklete és az infravörös sugarak hullámhossza. Az olyan közönséges fémek, mint az alumínium, a réz és a vas, szobahőmérsékleten általában 10% és 50% közötti infravörös sugarak abszorpciós sebességgel rendelkeznek. Például a tiszta alumínium felület infravörös sugarak elnyelési sebessége szobahőmérsékleten körülbelül 12%, míg a durva rézfelület abszorpciós sebessége elérheti a körülbelül 40%-ot.
3.2 A fémvegyületek infravörös abszorpciójának tulajdonságai és befolyásoló tényezői:
Fémek típusai: A különböző fémek eltérő atomszerkezettel és elektronelrendezéssel rendelkeznek, ami eltérő abszorpciós képességet eredményez az infravörös sugarak számára.
Felületi állapot: A fémfelület érdessége, oxidrétege vagy bevonata befolyásolja az abszorpciós sebességet.
Hőmérséklet: A hőmérséklet-változások megváltoztatják a fémben lévő elektronikus állapotot, ezáltal befolyásolva az infravörös sugarak elnyelését.
Infravörös hullámhossz: A különböző hullámhosszú infravörös sugarak eltérő abszorpciós képességekkel rendelkeznek a fémek számára.
Változások meghatározott körülmények között: Bizonyos speciális körülmények között az infravörös sugarak fémek általi elnyelési sebessége jelentősen megváltozhat. Például, ha egy fémfelületet speciális anyagréteggel vonnak be, fokozható az infravörös sugarak elnyelő képessége. Ezenkívül a fémek elektronállapotának változása magas hőmérsékletű környezetben szintén az abszorpciós sebesség növekedéséhez vezethet.
Alkalmazási területek: A fémvegyületek infravörös abszorpciós tulajdonságai fontos alkalmazási értékkel bírnak az infravörös technológiában, a hőképalkotásban és más területeken. Például egy fémfelület bevonatának vagy hőmérsékletének szabályozásával beállítható az infravörös sugárzás elnyelése, ami lehetővé teszi a hőmérsékletmérésben, hőképalkotásban stb.
Kísérleti módszerek és kutatási háttér: A kutatók kísérleti mérésekkel és szakmai tanulmányokkal határozták meg az infravörös sugarak fémek általi abszorpciós sebességét. Ezek az adatok fontosak a fémvegyületek optikai tulajdonságainak megértéséhez és a kapcsolódó alkalmazások fejlesztéséhez.
Összefoglalva, a fémvegyületek infravörös abszorpciós tulajdonságait számos tényező befolyásolja, és különböző körülmények között jelentősen változhat. Ezeket a tulajdonságokat számos területen széles körben használják.