Apa prinsip kerja senyawa logam dalam menyerap sinar inframerah dan apa saja faktor-faktor yang memengaruhinya?
Senyawa logam, termasuk senyawa tanah jarang, memainkan peran penting dalam penyerapan inframerah. Sebagai pemimpin dalam senyawa logam langka dan tanah jarang,UrbanMines Tech. Co., LtdMelayani hampir 1/8 pelanggan di dunia untuk penyerapan inframerah. Untuk menjawab pertanyaan teknis pelanggan kami mengenai hal ini, pusat penelitian dan pengembangan perusahaan kami telah menyusun artikel ini untuk memberikan jawaban.
1. Prinsip dan karakteristik penyerapan inframerah 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 intramolekuler dan tingkat energi rotasi. Getaran ikatan kimia dalam senyawa logam akan menyebabkan penyerapan inframerah, terutama ikatan logam-organik dalam senyawa logam-organik, getaran banyak ikatan anorganik, dan getaran kerangka kristal, yang akan muncul di berbagai daerah spektrum inframerah.
Kinerja berbagai senyawa logam dalam spektrum inframerah:
(1). Material MXene: MXene adalah senyawa logam transisi-karbon/nitrogen 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 berkinerja baik di antara penyerap inframerah, secara efektif mencegah fenomena penghitaman yang disebabkan oleh sinar ultraviolet dan mempertahankan transmisi cahaya tampak dan sifat penyerapan inframerah yang sangat baik secara stabil dalam jangka waktu lama3.
Studi kasus aplikasi praktis
(1). Kamuflase inframerah: Material MXene banyak digunakan dalam kamuflase inframerah karena sifat penyerapan inframerahnya yang sangat baik. Material ini dapat secara efektif mengurangi karakteristik inframerah target dan meningkatkan penyembunyian.
(2). Konversi fototermal : Material 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 panas.
(3). Bahan jendela: Komposisi resin yang mengandung penyerap inframerah digunakan dalam bahan jendela untuk secara efektif menghalangi sinar inframerah dan meningkatkan efisiensi energi 3.
Kasus-kasus aplikasi 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 inframerah?
Senyawa logam yang dapat menyerap sinar inframerah meliputi:antimon timah oksida (ATO), indium timah oksida (ITO), aluminium seng oksida (AZO), tungsten trioksida (WO3), besi tetroksida (Fe3O4) dan strontium titanat (SrTiO3).
2.1 Karakteristik penyerapan inframerah senyawa logam
Antimon timah oksida (ATO): Dapat melindungi dari cahaya inframerah dekat dengan panjang gelombang lebih besar dari 1500 nm, tetapi tidak dapat melindungi dari cahaya ultraviolet dan cahaya inframerah dengan panjang gelombang kurang dari 1500 nm.
Indium Timah Oksida (ITO): Mirip dengan ATO, ia memiliki efek melindungi dari cahaya inframerah dekat.
Seng aluminium oksida (AZO): Ia juga memiliki fungsi melindungi dari cahaya inframerah dekat.
Tungsten trioksida (WO3): Memiliki efek resonansi plasmon permukaan lokal dan mekanisme penyerapan polaron kecil, dapat melindungi dari radiasi inframerah dengan panjang gelombang 780-2500 nm, serta tidak beracun dan murah.
Fe3O4: Senyawa ini 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 fluorida (ErF3): adalah senyawa tanah jarang yang dapat menyerap sinar inframerah. Erbium fluorida memiliki kristal berwarna merah muda, titik leleh 1350°C, titik didih 2200°C, dan densitas 7,814 g/cm³. Senyawa ini terutama digunakan dalam pelapis optik, doping serat optik, kristal laser, bahan baku kristal tunggal, penguat laser, aditif katalis, dan bidang lainnya.
2.2 Penerapan senyawa logam dalam material penyerap inframerah
Senyawa logam ini banyak digunakan dalam material penyerap inframerah. Misalnya, ATO, ITO, dan AZO sering digunakan dalam lapisan konduktif transparan, antistatik, pelindung radiasi, dan elektroda transparan; WO3 banyak digunakan dalam berbagai material isolasi panas, penyerapan, dan refleksi inframerah karena kinerja perisai inframerah dekatnya yang sangat baik dan sifatnya yang tidak beracun. Senyawa logam ini memainkan peran penting dalam bidang teknologi inframerah karena karakteristik penyerapan inframerahnya yang unik.
2.3 Senyawa tanah jarang mana yang dapat menyerap sinar inframerah?
Di antara unsur-unsur tanah jarang, lantanum heksaborida dan lantanum borida berukuran nano dapat menyerap sinar inframerah.Lanthanum heksaborida (LaB6)Lanthanum hexaboride adalah material yang banyak digunakan dalam radar, kedirgantaraan, industri elektronik, instrumentasi, peralatan medis, peralatan rumah tangga, metalurgi, perlindungan lingkungan, dan bidang lainnya. Secara khusus, kristal tunggal lanthanum hexaboride merupakan material untuk pembuatan tabung elektron berdaya tinggi, magnetron, berkas elektron, berkas ion, dan katoda akselerator.
Selain itu, lanthanum boride skala nano juga memiliki sifat menyerap sinar inframerah. Material ini digunakan sebagai lapisan pada permukaan lembaran film polietilen untuk menghalangi sinar inframerah dari sinar matahari. Meskipun menyerap sinar inframerah, lanthanum boride skala nano tidak menyerap terlalu banyak cahaya tampak. Material ini dapat mencegah sinar inframerah masuk ke kaca jendela di iklim panas, dan dapat memanfaatkan energi cahaya dan panas secara lebih efektif di 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 dalam senjata dan peralatan, gadolinium dan isotopnya digunakan sebagai penyerap neutron di bidang energi nuklir, dan serium digunakan sebagai aditif kaca untuk menyerap sinar ultraviolet dan inframerah.
Serium, sebagai aditif kaca, dapat menyerap sinar ultraviolet dan inframerah dan kini banyak digunakan dalam kaca mobil. Selain melindungi dari sinar ultraviolet, serium juga mengurangi suhu di dalam mobil, sehingga menghemat listrik untuk pendingin udara. Sejak tahun 1997, kaca mobil Jepang telah ditambahkan serium oksida, dan mulai digunakan pada mobil pada tahun 1996.
3. Sifat dan faktor-faktor yang memengaruhi penyerapan inframerah oleh senyawa logam
3.1 Sifat dan faktor-faktor yang memengaruhi penyerapan inframerah oleh senyawa logam terutama meliputi aspek-aspek berikut:
Kisaran laju penyerapan: Laju penyerapan senyawa logam terhadap sinar inframerah bervariasi tergantung pada faktor-faktor seperti jenis logam, kondisi permukaan, suhu, dan panjang gelombang sinar inframerah. Logam umum seperti aluminium, tembaga, dan besi biasanya memiliki laju penyerapan sinar inframerah antara 10% dan 50% pada suhu kamar. Misalnya, laju penyerapan permukaan aluminium murni terhadap sinar inframerah pada suhu kamar sekitar 12%, sedangkan laju penyerapan permukaan tembaga kasar dapat mencapai sekitar 40%.
3.2 Sifat dan faktor-faktor yang memengaruhi penyerapan inframerah oleh senyawa logam:
Jenis-jenis logam: Logam yang berbeda memiliki struktur atom dan susunan elektron yang berbeda, sehingga menghasilkan kemampuan penyerapan sinar inframerah yang berbeda pula.
Kondisi permukaan: Kekasaran, lapisan oksida, atau lapisan pada permukaan logam akan memengaruhi tingkat penyerapan.
Suhu: Perubahan suhu akan mengubah keadaan elektronik di dalam logam, sehingga memengaruhi penyerapan sinar inframerahnya.
Panjang gelombang inframerah: Panjang gelombang sinar inframerah yang berbeda memiliki kemampuan penyerapan yang berbeda untuk logam.
Perubahan dalam kondisi spesifik: Dalam kondisi spesifik tertentu, laju penyerapan sinar inframerah oleh logam dapat berubah secara signifikan. Misalnya, ketika permukaan logam dilapisi dengan lapisan material khusus, kemampuannya untuk menyerap sinar inframerah dapat meningkat. Selain itu, perubahan keadaan elektronik logam dalam lingkungan suhu tinggi juga dapat menyebabkan peningkatan laju penyerapan.
Bidang aplikasi: Sifat penyerapan inframerah dari senyawa logam memiliki nilai aplikasi penting dalam teknologi inframerah, pencitraan termal, dan bidang lainnya. Misalnya, dengan mengontrol lapisan atau suhu permukaan logam, penyerapan sinar inframerahnya dapat disesuaikan, sehingga memungkinkan aplikasi dalam pengukuran suhu, pencitraan termal, dan lain sebagainya.
Metode Eksperimental dan Latar Belakang Penelitian: Para peneliti menentukan tingkat penyerapan sinar inframerah 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 dalam kondisi yang berbeda. Sifat-sifat ini banyak digunakan di berbagai bidang.