რა პრინციპით შთანთქავს ლითონის ნაერთები ინფრაწითელ სხივებს და რა არის მისი გავლენის ფაქტორები?
ლითონის ნაერთები, მათ შორის იშვიათი დედამიწის ნაერთები, გადამწყვეტ როლს თამაშობენ ინფრაწითელ შთანთქმაში. როგორც ლიდერი იშვიათი ლითონისა და იშვიათი დედამიწის ნაერთებში,UrbanMines Tech. კომპანია, შ.პ.ს. ემსახურება მსოფლიოს მომხმარებელთა თითქმის 1/8-ს ინფრაწითელი შთანთქმისთვის. ჩვენი კომპანიის კვლევისა და განვითარების ცენტრმა ამ საკითხთან დაკავშირებით ჩვენი მომხმარებლების ტექნიკური შეკითხვების მოსაგვარებლად შეადგინა ეს სტატია პასუხების გასაცემად.
1. ლითონის ნაერთებით ინფრაწითელი შთანთქმის პრინციპი და მახასიათებლები
ლითონის ნაერთების მიერ ინფრაწითელი შთანთქმის პრინციპი ძირითადად ეფუძნება მათი მოლეკულური სტრუქტურის ვიბრაციას და ქიმიურ ბმებს. ინფრაწითელი სპექტროსკოპია სწავლობს მოლეკულურ სტრუქტურას ინტრამოლეკულური ვიბრაციის და ბრუნვის ენერგიის დონეების გადასვლის გაზომვით. ლითონის ნაერთებში ქიმიური ბმების ვიბრაცია გამოიწვევს ინფრაწითელ შთანთქმას, განსაკუთრებით მეტალ-ორგანულ ობლიგაციებს მეტალ-ორგანულ ნაერთებში, მრავალი არაორგანული ბმის ვიბრაციას და ბროლის ჩარჩოს ვიბრაციას, რომელიც გამოჩნდება ინფრაწითელი სპექტრის სხვადასხვა რეგიონში.
სხვადასხვა ლითონის ნაერთების მოქმედება ინფრაწითელ სპექტრებში:
(1). MXene მასალა: MXene არის ორგანზომილებიანი გარდამავალი ლითონ-ნახშირბადის/აზოტის ნაერთი მდიდარი კომპონენტებით, მეტალის გამტარობით, დიდი სპეციფიური ზედაპირით და აქტიური ზედაპირით. მას აქვს ინფრაწითელი შთანთქმის განსხვავებული სიჩქარე ახლო ინფრაწითელ და შუა/შორს ინფრაწითელ ზოლებში და ბოლო წლებში ფართოდ გამოიყენებოდა ინფრაწითელ შენიღბვაში, ფოტოთერმულ კონვერტაციაში და სხვა ველებში.
(2)
პრაქტიკული გამოყენების შემთხვევები
(1).ინფრაწითელი შენიღბვა: MXene მასალები ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელ შენიღბვაში მათი შესანიშნავი ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებების გამო. მათ შეუძლიათ ეფექტურად შეამცირონ სამიზნის ინფრაწითელი მახასიათებლები და გააუმჯობესონ დამალვა2.
(2).ფოთერმული კონვერტაცია: MXene მასალებს აქვთ დაბალი ემისიის მახასიათებლები შუა/შორეულ ინფრაწითელ ზოლებში, რომლებიც შესაფერისია ფოტოთერმული კონვერტაციისთვის და შეუძლიათ ეფექტურად გარდაქმნან სინათლის ენერგია სითბოს ენერგიად2.
(3). ფანჯრის მასალები: ფისოვანი კომპოზიციები, რომლებიც შეიცავს ინფრაწითელ შთამნთქმელს, გამოიყენება ფანჯრის მასალებში ინფრაწითელი სხივების ეფექტურად დასაბლოკად და ენერგოეფექტურობის გასაუმჯობესებლად.
აპლიკაციის ეს შემთხვევები ასახავს ლითონის ნაერთების მრავალფეროვნებას და პრაქტიკულობას ინფრაწითელ შთანთქმაში, განსაკუთრებით მათ მნიშვნელოვან როლს თანამედროვე მეცნიერებასა და ინდუსტრიაში.
2. ლითონის რომელ ნაერთებს შეუძლიათ ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა?
ლითონის ნაერთები, რომლებსაც შეუძლიათ ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა, მოიცავსანტიმონის კალის ოქსიდი (ATO), ინდიუმის კალის ოქსიდი (ITO)ალუმინის თუთიის ოქსიდი (AZO), ვოლფრამის ტრიოქსიდი (WO3), რკინის ტეტროქსიდი (Fe3O4) და სტრონციუმის ტიტანატი (SrTiO3).
2.1 ლითონის ნაერთების ინფრაწითელი შთანთქმის მახასიათებლები
ანტიმონის კალის ოქსიდი (ATO): მას შეუძლია დაიცვა ინფრაწითელი სინათლე 1500 ნმ-ზე მეტი ტალღის სიგრძით, მაგრამ არ შეუძლია დაიცვას ულტრაიისფერი და ინფრაწითელი შუქი 1500 ნმ-ზე ნაკლები ტალღის სიგრძით.
ინდიუმის კალის ოქსიდი (ITO): ATO-ს მსგავსად, მას აქვს ინფრაწითელი შუქის დამცავი ეფექტი.
თუთიის ალუმინის ოქსიდი (AZO): მას ასევე აქვს ინფრაწითელი შუქის დამცავი ფუნქცია.
ვოლფრამის ტრიოქსიდი (WO3): მას აქვს ლოკალიზებული ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსული ეფექტი და მცირე პოლარონის შთანთქმის მექანიზმი, შეუძლია დაიცვას ინფრაწითელი გამოსხივება ტალღის სიგრძით 780-2500 ნმ და არის არატოქსიკური და იაფი.
Fe3O4: მას აქვს კარგი ინფრაწითელი შთანთქმის და თერმული რეაგირების თვისებები და ხშირად გამოიყენება ინფრაწითელ სენსორებსა და დეტექტორებში.
სტრონციუმის ტიტანატი (SrTiO3): აქვს შესანიშნავი ინფრაწითელი შთანთქმის და ოპტიკური თვისებები, შესაფერისია ინფრაწითელი სენსორებისა და დეტექტორებისთვის.
ერბიუმის ფტორიდი (ErF3): იშვიათი დედამიწის ნაერთია, რომელსაც შეუძლია ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა. ერბიუმის ფტორს აქვს ვარდისფერი კრისტალები, დნობის წერტილი 1350°C, დუღილის წერტილი 2200°C და სიმკვრივე 7,814 გ/სმ³. იგი ძირითადად გამოიყენება ოპტიკურ საფარებში, ბოჭკოვანი დოპინგის, ლაზერული კრისტალების, ერთკრისტალური ნედლეულის, ლაზერული გამაძლიერებლების, კატალიზატორის დანამატების და სხვა სფეროებში.
2.2 ლითონის ნაერთების გამოყენება ინფრაწითელ შთამნთქმელ მასალებში
ლითონის ეს ნაერთები ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელი შთანთქმის მასალებში. მაგალითად, ATO, ITO და AZO ხშირად გამოიყენება გამჭვირვალე გამტარ, ანტისტატიკური, რადიაციული დაცვის საფარებში და გამჭვირვალე ელექტროდებში; WO3 ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სითბოს საიზოლაციო, შთანთქმის და ასახვის ინფრაწითელ მასალებში მისი შესანიშნავი ინფრაწითელ დამცავი მოქმედებისა და არატოქსიკური თვისებების გამო. ეს ლითონის ნაერთები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ინფრაწითელი ტექნოლოგიების სფეროში მათი უნიკალური ინფრაწითელი შთანთქმის მახასიათებლების გამო.
2.3 რა იშვიათი დედამიწის ნაერთებს შეუძლიათ ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა?
იშვიათ დედამიწის ელემენტებს შორის, ლანთანის ჰექსაბორიდს და ნანო ზომის ლანთანის ბორიდს შეუძლია ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა.ლანთანუმის ჰექსაბორიდი (LaB6)არის მასალა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება რადარებში, აერონავტიკაში, ელექტრონიკის ინდუსტრიაში, ინსტრუმენტულ აღჭურვილობაში, სამედიცინო აღჭურვილობაში, საყოფაცხოვრებო ტექნიკის მეტალურგიაში, გარემოს დაცვაში და სხვა სფეროებში. კერძოდ, ლანთანუმის ჰექსაბორიდის ერთკრისტალი არის მასალა მაღალი სიმძლავრის ელექტრონული მილების, მაგნიტრონების, ელექტრონული სხივების, იონური სხივებისა და ამაჩქარებლის კათოდების დასამზადებლად.
გარდა ამისა, ნანომასშტაბიანი ლანთანის ბორიდს ასევე აქვს ინფრაწითელი სხივების შთანთქმის თვისება. იგი გამოიყენება პოლიეთილენის ფირის ფურცლების ზედაპირზე დაფარვისთვის, მზის სხივებისგან ინფრაწითელი სხივების დაბლოკვის მიზნით. ინფრაწითელი სხივების შთანთქმისას, ნანომასშტაბიანი ლანთანის ბორიდი არ შთანთქავს ძალიან დიდ ხილულ შუქს. ამ მასალას შეუძლია ხელი შეუშალოს ინფრაწითელ სხივებს ცხელ კლიმატში ფანჯრის მინაში შეღწევისგან და შეუძლია უფრო ეფექტურად გამოიყენოს სინათლისა და სითბოს ენერგია ცივ კლიმატში.
იშვიათი დედამიწის ელემენტები ფართოდ გამოიყენება მრავალ სფეროში, მათ შორის სამხედრო, ბირთვული ენერგია, მაღალი ტექნოლოგიები და ყოველდღიური სამომხმარებლო პროდუქტები. მაგალითად, ლანთანი გამოიყენება იარაღსა და აღჭურვილობაში შენადნობების ტაქტიკური მუშაობის გასაუმჯობესებლად, გადოლინიუმი და მისი იზოტოპები გამოიყენება ნეიტრონის შთანთქმად ბირთვულ ენერგეტიკულ ველში, ხოლო ცერიუმი გამოიყენება როგორც შუშის დანამატი ულტრაიისფერი და ინფრაწითელი სხივების შთანთქმისთვის.
ცერიუმს, როგორც შუშის დანამატს, შეუძლია შთანთქას ულტრაიისფერი და ინფრაწითელი სხივები და ახლა ფართოდ გამოიყენება საავტომობილო მინაში. ის არა მხოლოდ იცავს ულტრაიისფერი სხივებისგან, არამედ ამცირებს ტემპერატურას მანქანის შიგნით, რითაც დაზოგავს ელექტროენერგიას კონდიციონერისთვის. 1997 წლიდან იაპონურ საავტომობილო მინას დაემატა ცერიუმის ოქსიდი და ის გამოიყენეს ავტომობილებში 1996 წელს.
3. ლითონის ნაერთების მიერ ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებები და გავლენის ფაქტორები
3.1 ლითონის ნაერთების მიერ ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებები და გავლენის ფაქტორები ძირითადად მოიცავს შემდეგ ასპექტებს:
შთანთქმის სიჩქარის დიაპაზონი: ლითონის ნაერთების შთანთქმის სიჩქარე ინფრაწითელი სხივების მიმართ განსხვავდება ისეთი ფაქტორების მიხედვით, როგორიცაა ლითონის ტიპი, ზედაპირის მდგომარეობა, ტემპერატურა და ინფრაწითელი სხივების ტალღის სიგრძე. ჩვეულებრივ ლითონებს, როგორიცაა ალუმინი, სპილენძი და რკინა, ჩვეულებრივ აქვთ ინფრაწითელი სხივების შთანთქმის სიჩქარე 10%-დან 50%-მდე ოთახის ტემპერატურაზე. მაგალითად, სუფთა ალუმინის ზედაპირის შთანთქმის სიჩქარე ინფრაწითელ სხივებთან ოთახის ტემპერატურაზე არის დაახლოებით 12%, ხოლო უხეში სპილენძის ზედაპირის შთანთქმის სიჩქარე შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 40%.
3.2 ლითონის ნაერთების მიერ ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებები და გავლენის ფაქტორები:
ლითონების ტიპები: სხვადასხვა ლითონებს აქვთ სხვადასხვა ატომური სტრუქტურა და ელექტრონების განლაგება, რაც იწვევს მათ სხვადასხვა შთანთქმის შესაძლებლობებს ინფრაწითელი სხივებისთვის.
ზედაპირის მდგომარეობა: ლითონის ზედაპირის უხეშობა, ოქსიდის ფენა ან საფარი გავლენას მოახდენს შთანთქმის სიჩქარეზე.
ტემპერატურა: ტემპერატურის ცვლილებები შეცვლის ელექტრონულ მდგომარეობას ლითონის შიგნით, რაც გავლენას მოახდენს მის ინფრაწითელი სხივების შთანთქმაზე.
ინფრაწითელი ტალღის სიგრძე: ინფრაწითელი სხივების სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს აქვს ლითონების შთანთქმის განსხვავებული შესაძლებლობები.
ცვლილებები კონკრეტულ პირობებში: გარკვეულ სპეციფიკურ პირობებში, ლითონების მიერ ინფრაწითელი სხივების შთანთქმის სიჩქარე შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს. მაგალითად, როდესაც ლითონის ზედაპირი დაფარულია სპეციალური მასალის ფენით, შეიძლება გაიზარდოს ინფრაწითელი სხივების შთანთქმის უნარი. გარდა ამისა, მაღალტემპერატურულ გარემოში ლითონების ელექტრონული მდგომარეობის ცვლილებამ შესაძლოა ასევე გამოიწვიოს შთანთქმის სიჩქარის ზრდა.
აპლიკაციის ველები: ლითონის ნაერთების ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებებს აქვს მნიშვნელოვანი გამოყენების მნიშვნელობა ინფრაწითელ ტექნოლოგიაში, თერმულ გამოსახულებასა და სხვა სფეროებში. მაგალითად, ლითონის ზედაპირის საფარის ან ტემპერატურის კონტროლით, მისი ინფრაწითელი სხივების შთანთქმა შეიძლება დარეგულირდეს, რაც საშუალებას იძლევა გამოიყენოთ ტემპერატურის გაზომვა, თერმული გამოსახულება და ა.შ.
ექსპერიმენტული მეთოდები და კვლევის ფონი: მკვლევარებმა დაადგინეს ინფრაწითელი სხივების შთანთქმის სიჩქარე ლითონების მიერ ექსპერიმენტული გაზომვებისა და პროფესიული კვლევების საშუალებით. ეს მონაცემები მნიშვნელოვანია ლითონის ნაერთების ოპტიკური თვისებების გასაგებად და მასთან დაკავშირებული აპლიკაციების განვითარებისთვის.
მოკლედ, ლითონის ნაერთების ინფრაწითელი შთანთქმის თვისებები გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორით და შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს სხვადასხვა პირობებში. ეს თვისებები ფართოდ გამოიყენება მრავალ სფეროში.