Apa prinsip senyawa logam menyerap sinar infra merah dan apa faktor yang mempengaruhinya?
Senyawa logam, termasuk senyawa tanah jarang, memainkan peran penting dalam penyerapan inframerah. Sebagai pemimpin dalam senyawa logam langka dan tanah jarang,Teknologi UrbanMines. Co., Ltd. melayani hampir 1/8 pelanggan dunia untuk penyerapan inframerah. Untuk menjawab pertanyaan teknis pelanggan kami mengenai masalah ini, pusat penelitian dan pengembangan perusahaan kami telah menyusun artikel ini untuk memberikan jawabannya
1.Prinsip dan karakteristik serapan infra merah oleh senyawa logam
Prinsip penyerapan inframerah oleh senyawa logam terutama didasarkan pada getaran struktur molekul dan ikatan kimianya. Spektroskopi inframerah mempelajari struktur molekul dengan mengukur transisi getaran intramolekul dan tingkat energi rotasi. Getaran ikatan kimia pada senyawa logam akan menyebabkan serapan infra merah, terutama ikatan logam-organik pada senyawa logam-organik, getaran banyak ikatan anorganik, dan getaran bingkai kristal yang akan muncul di berbagai wilayah spektrum inframerah.
Kinerja senyawa logam yang berbeda dalam spektrum inframerah :
(1).Bahan MXene: MXene adalah senyawa logam-karbon/nitrogen transisi dua dimensi dengan komponen yang kaya, konduktivitas logam, luas permukaan spesifik yang besar, dan permukaan aktif. Ia memiliki tingkat penyerapan inframerah yang berbeda pada pita inframerah dekat dan inframerah menengah/jauh dan telah banyak digunakan dalam kamuflase inframerah, konversi fototermal, dan bidang lainnya dalam beberapa tahun terakhir.
(2).Senyawa tembaga : Senyawa tembaga yang mengandung fosfor bekerja dengan baik di antara peredam inframerah, secara efektif mencegah fenomena penghitaman yang disebabkan oleh sinar ultraviolet dan menjaga transmisi cahaya tampak yang sangat baik dan sifat penyerapan inframerah secara stabil untuk waktu yang lama3.
Kasus aplikasi praktis
(1).Kamuflase inframerah : Bahan MXene banyak digunakan dalam kamuflase inframerah karena sifat penyerapan inframerahnya yang sangat baik. Mereka dapat secara efektif mengurangi karakteristik inframerah target dan meningkatkan penyembunyian2.
(2).Konversi fototermal : Bahan MXene memiliki karakteristik emisi rendah pada pita inframerah menengah/jauh, yang cocok untuk aplikasi konversi fototermal dan dapat secara efisien mengubah energi cahaya menjadi energi panas2.
(3).Bahan jendela: Komposisi resin yang mengandung peredam inframerah digunakan pada bahan jendela untuk secara efektif memblokir sinar inframerah dan meningkatkan efisiensi energi3.
Kasus penerapan ini menunjukkan keragaman dan kepraktisan senyawa logam dalam penyerapan inframerah, terutama peran pentingnya dalam sains dan industri modern.
2. Senyawa logam manakah yang dapat menyerap sinar infra merah?
Senyawa logam yang dapat menyerap sinar infra merah antara lainantimon timah oksida (ATO), indium timah oksida (ITO), aluminium seng oksida (AZO), tungsten trioksida (WO3), besi tetroksida (Fe3O4) dan strontium titanat (SrTiO3).
2.1 Karakteristik serapan inframerah senyawa logam
Antimon timah oksida (ATO): Dapat melindungi cahaya inframerah-dekat dengan panjang gelombang lebih besar dari 1500 nm, tetapi tidak dapat melindungi sinar ultraviolet dan sinar inframerah dengan panjang gelombang kurang dari 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): Mirip dengan ATO, ia memiliki efek melindungi cahaya inframerah dekat.
Seng aluminium oksida (AZO): Ia juga memiliki fungsi melindungi cahaya inframerah-dekat.
Tungsten trioksida (WO3): Memiliki efek resonansi plasmon permukaan terlokalisasi dan mekanisme penyerapan polaron kecil, dapat melindungi radiasi infra merah dengan panjang gelombang 780-2500 nm, dan tidak beracun serta murah.
Fe3O4: Ia memiliki sifat penyerapan inframerah dan respons termal yang baik dan sering digunakan dalam sensor dan detektor inframerah.
Strontium titanat (SrTiO3): memiliki penyerapan inframerah dan sifat optik yang sangat baik, cocok untuk sensor dan detektor inframerah.
Erbium fluoride (ErF3) : merupakan senyawa tanah jarang yang dapat menyerap sinar infra merah. Erbium fluorida memiliki kristal berwarna mawar, titik leleh 1350°C, titik didih 2200°C, dan massa jenis 7,814g/cm³. Hal ini terutama digunakan dalam pelapis optik, doping serat, kristal laser, bahan baku kristal tunggal, penguat laser, aditif katalis, dan bidang lainnya.
2.2 Penerapan senyawa logam pada bahan penyerap inframerah
Senyawa logam ini banyak digunakan dalam bahan serapan inframerah. Misalnya, ATO, ITO, dan AZO sering digunakan dalam lapisan konduktif transparan, antistatis, proteksi radiasi, dan elektroda transparan; WO3 banyak digunakan dalam berbagai bahan insulasi panas, penyerapan, dan refleksi inframerah karena kinerja pelindung inframerah dekat yang sangat baik dan sifat tidak beracun. Senyawa logam ini berperan penting dalam bidang teknologi inframerah karena karakteristik serapan inframerahnya yang unik.
2.3 Senyawa tanah jarang manakah yang dapat menyerap sinar infra merah?
Di antara unsur tanah jarang, lantanum heksaborida dan lantanum borida berukuran nano dapat menyerap sinar infra merah.Lantanum heksaborida (LaB6)adalah bahan yang banyak digunakan dalam radar, ruang angkasa, industri elektronik, instrumentasi, peralatan medis, metalurgi peralatan rumah tangga, perlindungan lingkungan, dan bidang lainnya. Secara khusus, kristal tunggal lantanum heksaborida merupakan bahan untuk pembuatan tabung elektron berdaya tinggi, magnetron, berkas elektron, berkas ion, dan katoda akselerator.
Selain itu, lantanum borida skala nano juga memiliki sifat menyerap sinar infra merah. Ini digunakan dalam pelapisan pada permukaan lembaran film polietilen untuk memblokir sinar infra merah dari sinar matahari. Saat menyerap sinar infra merah, lantanum borida skala nano tidak menyerap terlalu banyak cahaya tampak. Bahan ini dapat mencegah sinar infra merah masuk ke kaca jendela pada iklim panas, serta dapat lebih efektif memanfaatkan energi cahaya dan panas pada iklim dingin.
Unsur tanah jarang banyak digunakan di berbagai bidang, termasuk militer, energi nuklir, teknologi tinggi, dan produk konsumen sehari-hari. Misalnya, lantanum digunakan untuk meningkatkan kinerja taktis paduan senjata dan peralatan, gadolinium dan isotopnya digunakan sebagai penyerap neutron di bidang energi nuklir, dan cerium digunakan sebagai bahan tambahan kaca untuk menyerap sinar ultraviolet dan inframerah.
Cerium, sebagai bahan tambahan kaca, dapat menyerap sinar ultraviolet dan infra merah dan kini banyak digunakan pada kaca mobil. Tidak hanya melindungi dari sinar ultraviolet tetapi juga menurunkan suhu di dalam mobil sehingga menghemat listrik untuk AC. Sejak tahun 1997, kaca mobil Jepang telah ditambahkan cerium oksida, dan digunakan pada mobil pada tahun 1996.
3. Sifat dan faktor yang mempengaruhi serapan infra merah oleh senyawa logam
3.1 Sifat-sifat dan faktor-faktor yang mempengaruhi serapan infra merah oleh senyawa logam terutama meliputi aspek-aspek berikut:
Kisaran laju penyerapan: Laju penyerapan senyawa logam terhadap sinar infra merah bervariasi tergantung pada faktor-faktor seperti jenis logam, keadaan permukaan, suhu, dan panjang gelombang sinar infra merah. Logam umum seperti aluminium, tembaga, dan besi biasanya memiliki tingkat penyerapan sinar infra merah antara 10% dan 50% pada suhu kamar. Misalnya, laju penyerapan permukaan aluminium murni terhadap sinar infra merah pada suhu kamar adalah sekitar 12%, sedangkan laju penyerapan permukaan tembaga kasar dapat mencapai sekitar 40%.
3.2 Sifat dan faktor yang mempengaruhi serapan infra merah oleh senyawa logam :
Jenis logam: Logam yang berbeda memiliki struktur atom dan susunan elektron yang berbeda, sehingga menghasilkan kemampuan penyerapan sinar inframerah yang berbeda.
Kondisi permukaan: Kekasaran, lapisan oksida, atau lapisan permukaan logam akan mempengaruhi laju penyerapan.
Suhu: Perubahan suhu akan mengubah keadaan elektronik di dalam logam, sehingga mempengaruhi penyerapan sinar inframerah.
Panjang gelombang inframerah: Panjang gelombang sinar inframerah yang berbeda memiliki kemampuan penyerapan logam yang berbeda.
Perubahan dalam kondisi tertentu: Dalam kondisi tertentu, laju penyerapan sinar infra merah oleh logam dapat berubah secara signifikan. Misalnya, jika permukaan logam dilapisi dengan lapisan bahan khusus, kemampuannya dalam menyerap sinar infra merah dapat ditingkatkan. Selain itu, perubahan keadaan elektronik logam di lingkungan bersuhu tinggi juga dapat menyebabkan peningkatan laju penyerapan.
Bidang aplikasi: Sifat serapan inframerah dari senyawa logam memiliki nilai penerapan penting dalam teknologi inframerah, pencitraan termal, dan bidang lainnya. Misalnya, dengan mengontrol lapisan atau suhu permukaan logam, penyerapan sinar infra merah dapat disesuaikan, sehingga memungkinkan penerapan dalam pengukuran suhu, pencitraan termal, dll.
Metode Eksperimental dan Latar Belakang Penelitian: Para peneliti menentukan tingkat penyerapan sinar infra merah oleh logam melalui pengukuran eksperimental dan studi profesional. Data ini penting untuk memahami sifat optik senyawa logam dan mengembangkan aplikasi terkait.
Singkatnya, sifat penyerapan inframerah senyawa logam dipengaruhi oleh banyak faktor dan dapat berubah secara signifikan pada kondisi yang berbeda. Properti ini banyak digunakan di banyak bidang.