Металл қосылыстарының инфрақызыл сәулелерді жұту принципі қандай және оның әсер етуші факторлары қандай?
Металл қосылыстары, соның ішінде сирек жер қосылыстары инфрақызыл сіңіруде шешуші рөл атқарады. Сирек металдар мен сирек жер қосылыстары бойынша көшбасшы ретінде,UrbanMines Tech. Co., Ltd. инфрақызыл сіңіру үшін дүние жүзіндегі тұтынушылардың 1/8 бөлігіне қызмет көрсетеді. Осы мәселе бойынша тұтынушыларымыздың техникалық сұрауларына жауап беру үшін компаниямыздың ғылыми-зерттеу орталығы осы мақаланы құрастырды.
1. Металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру принципі мен сипаттамасы
Металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру принципі негізінен олардың молекулалық құрылымы мен химиялық байланыстарының тербелісіне негізделген. Инфрақызыл спектроскопия молекулаішілік діріл мен айналу энергиясы деңгейлерінің ауысуын өлшеу арқылы молекулалық құрылымды зерттейді. Металл қосылыстарындағы химиялық байланыстардың тербелісі инфрақызыл жұтылуға, әсіресе металл-органикалық қосылыстардағы металл-органикалық байланыстарға, көптеген бейорганикалық байланыстардың діріліне және инфрақызыл спектрдің әртүрлі аймақтарында пайда болатын кристалдық жақтау діріліне әкеледі.
Инфрақызыл спектрлердегі әртүрлі металл қосылыстарының өнімділігі:
(1).MXene материалы: MXene - бай компоненттері, металл өткізгіштігі, үлкен меншікті беті және белсенді беті бар екі өлшемді өтпелі металл-көміртек/азот қосылысы. Ол жақын инфрақызыл және ортаңғы/алыс инфрақызыл жолақтарда әртүрлі инфрақызыл сіңіру жылдамдығына ие және соңғы жылдары инфрақызыл камуфляжда, фототермиялық түрлендіруде және басқа салаларда кеңінен қолданылды.
(2).Мыс қосылыстары : Құрамында фосфоры бар мыс қосылыстары ультракүлгін сәулелерден туындаған қараю құбылысын тиімді болдырмайтын және тамаша көрінетін жарық өткізгіштігі мен инфрақызыл сіңіру қасиеттерін ұзақ уақыт тұрақты сақтай отырып, инфрақызыл жұтқыштар арасында жақсы жұмыс істейді3.
Практикалық қолдану жағдайлары
(1).Инфрақызыл камуфляж : MXene материалдары тамаша инфрақызыл сіңіру қасиеттеріне байланысты инфрақызыл камуфляжда кеңінен қолданылады. Олар нысананың инфрақызыл сипаттамаларын тиімді төмендетіп, жасыруды жақсарта алады2.
(2).Фототермиялық түрлендіру : MXene материалдары фототермиялық түрлендіру қолданбалары үшін қолайлы және жарық энергиясын жылу энергиясына тиімді түрлендіре алатын ортаңғы/алыс инфрақызыл жолақтарда төмен сәуле шығару сипаттамаларына ие2.
(3).Терезе материалдары: инфрақызыл сіңіргіштері бар шайыр композициялары инфрақызыл сәулелерді тиімді блоктау және энергия тиімділігін арттыру үшін терезе материалдарында қолданылады 3.
Бұл қолдану жағдайлары инфрақызыл сіңірудегі металл қосылыстарының әртүрлілігі мен практикалық мүмкіндіктерін, әсіресе олардың қазіргі ғылым мен өндірістегі маңызды рөлін көрсетеді.
2.Қандай металл қосылыстары инфрақызыл сәулелерді сіңіре алады?
Инфрақызыл сәулелерді сіңіре алатын металл қосылыстары жатадысурьма қалайы оксиді (ATO), индий қалайы оксиді (ITO), алюминий мырыш оксиді (AZO), вольфрам триоксиді (WO3), темір тетроксиді (Fe3O4) және стронций титанаты (SrTiO3).
2.1 Металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру сипаттамалары
Сурьма қалайы оксиді (ATO): Ол толқын ұзындығы 1500 нм-ден асатын жақын инфрақызыл сәулені қорғай алады, бірақ толқын ұзындығы 1500 нм-ден аз ультракүлгін сәуле мен инфрақызыл сәулені қорғай алмайды.
Индий қалайы оксиді (ITO): ATO-ға ұқсас, ол жақын инфрақызыл жарықтан қорғайтын әсерге ие.
Мырыш алюминий оксиді (AZO): Ол сондай-ақ жақын инфрақызыл сәулені қорғау функциясына ие.
Вольфрам триоксиді (WO3): Оның локализацияланған беттік плазмонды резонанстық әсері және шағын поларонды сіңіру механизмі бар, толқын ұзындығы 780-2500 нм болатын инфрақызыл сәулеленуден қорғай алады және улы емес және арзан.
Fe3O4: Оның жақсы инфрақызыл сіңіру және термиялық жауап қасиеттері бар және жиі инфрақызыл сенсорлар мен детекторларда қолданылады.
Стронций титанаты (SrTiO3): тамаша инфрақызыл сіңіру және оптикалық қасиеттерге ие, инфрақызыл сенсорлар мен детекторлар үшін жарамды.
Эрбиум фториді (ErF3): инфрақызыл сәулелерді сіңіре алатын сирек жер қосылысы. Эрбиум фторидінің қызғылт түсті кристалдары бар, балқу температурасы 1350 ° C, қайнау температурасы 2200 ° C және тығыздығы 7,814 г/см³. Ол негізінен оптикалық жабындарда, талшықты қоспалауда, лазерлік кристалдарда, монокристалды шикізатта, лазерлік күшейткіштерде, катализатор қоспаларында және басқа салаларда қолданылады.
2.2 Металл қосылыстарын инфрақызыл сіңіргіш материалдарда қолдану
Бұл металл қосылыстары инфрақызыл абсорбциялық материалдарда кеңінен қолданылады. Мысалы, ATO, ITO және AZO жиі мөлдір өткізгіш, антистатикалық, радиациядан қорғайтын жабындарда және мөлдір электродтарда қолданылады; WO3 тамаша жақын инфрақызыл экрандау өнімділігі мен улы емес қасиеттеріне байланысты әртүрлі жылу оқшаулау, сіңіру және шағылыстыру инфрақызыл материалдарда кеңінен қолданылады. Бұл металл қосылыстары бірегей инфрақызыл сіңіру сипаттамаларына байланысты инфрақызыл технология саласында маңызды рөл атқарады.
2.3 Қандай сирек жер қосылыстары инфрақызыл сәулелерді сіңіре алады?
Сирек жер элементтерінің ішінде лантан гексабориді және нано өлшемді лантандық борид инфрақызыл сәулелерді сіңіре алады.Лантан гексабориді (LaB6)радиолокациялық, аэроғарыштық, электроника өнеркәсібінде, аспап жасауда, медициналық жабдықтарда, тұрмыстық металлургияда, қоршаған ортаны қорғауда және басқа салаларда кеңінен қолданылатын материал. Атап айтқанда, лантан гексабориді монокристалы жоғары қуатты электронды түтіктерді, магнетрондарды, электронды сәулелерді, иондық сәулелерді және үдеткіш катодтарды жасауға арналған материал болып табылады.
Сонымен қатар, нано масштабты лантандық борид инфрақызыл сәулелерді жұту қасиетіне де ие. Ол күн сәулесінен инфрақызыл сәулелерді блоктау үшін полиэтилен пленкаларының бетіндегі жабындарда қолданылады. Инфрақызыл сәулелерді жұту кезінде нано-масштабты лантандық борид көрінетін жарықты тым көп сіңірмейді. Бұл материал ыстық климатта терезе әйнегіне инфрақызыл сәулелердің түсуіне жол бермейді және суық климатта жарық пен жылу энергиясын тиімдірек пайдалана алады.
Сирек жер элементтері көптеген салаларда, соның ішінде әскери, атом энергетикасында, жоғары технологияда және күнделікті тұтыну өнімдерінде кеңінен қолданылады. Мысалы, лантан қару-жарақ пен техникадағы қорытпалардың тактикалық көрсеткіштерін жақсарту үшін, гадолиний мен оның изотоптары ядролық энергетика саласында нейтронды сіңіргіштер ретінде, ал церий ультракүлгін және инфрақызыл сәулелерді сіңіру үшін шыны қоспасы ретінде қолданылады.
Церий шыны қоспасы ретінде ультракүлгін және инфрақызыл сәулелерді сіңіре алады және қазір автомобиль шыныларында кеңінен қолданылады. Ол ультракүлгін сәулелерден қорғап қана қоймайды, сонымен қатар көлік ішіндегі температураны төмендетеді, осылайша кондиционерлеу үшін электр қуатын үнемдейді. 1997 жылдан бастап жапондық автомобиль әйнегі церий оксидімен қосылды және ол 1996 жылы автомобильдерде қолданылды.
3. Металл қосылыстарының инфрақызыл жұтуының қасиеттері мен әсер етуші факторлары
3.1 Металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру қасиеттері мен әсер етуші факторлары негізінен келесі аспектілерді қамтиды:
Жұтылу жылдамдығы диапазоны: Металл қосылыстарының инфрақызыл сәулелерге жұту жылдамдығы металл түрі, бетінің күйі, температурасы және инфрақызыл сәулелердің толқын ұзындығы сияқты факторларға байланысты өзгереді. Алюминий, мыс және темір сияқты қарапайым металдар әдетте бөлме температурасында инфрақызыл сәулелерді жұту жылдамдығы 10% және 50% аралығында болады. Мысалы, таза алюминий бетінің бөлме температурасында инфрақызыл сәулелерге жұту жылдамдығы шамамен 12% құрайды, ал өрескел мыс бетінің жұту жылдамдығы шамамен 40% жетуі мүмкін.
3.2 Металл қосылыстарының инфрақызыл сәулесін сіңіруінің қасиеттері мен әсер етуші факторлары :
Металдардың түрлері: Әртүрлі металдардың атомдық құрылымдары мен электрондарының орналасуы әртүрлі, нәтижесінде олардың инфрақызыл сәулелерді жұту қабілеті әртүрлі.
Бет жағдайы: Металл бетінің кедір-бұдыры, оксидті қабаты немесе жабыны сіңіру жылдамдығына әсер етеді.
Температура: Температураның өзгеруі металдың ішіндегі электрондық күйді өзгертеді, осылайша оның инфрақызыл сәулелерді жұтуына әсер етеді.
Инфрақызыл толқын ұзындығы: Инфрақызыл сәулелердің әр түрлі толқын ұзындығы металдар үшін әртүрлі жұту мүмкіндіктеріне ие.
Арнайы шарттардағы өзгерістер: Белгілі бір ерекше жағдайларда металдармен инфрақызыл сәулелерді жұту жылдамдығы айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Мысалы, металл беті арнайы материал қабатымен қапталғанда, оның инфрақызыл сәулелерді сіңіру қабілетін арттыруға болады. Сонымен қатар, жоғары температуралы ортада металдардың электрондық күйінің өзгеруі де сіңіру жылдамдығының жоғарылауына әкелуі мүмкін.
Қолдану өрістері: Металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру қасиеттері инфрақызыл технологияда, термобейнелеуде және басқа салаларда маңызды қолданбалы мәнге ие. Мысалы, металл бетінің жабындысын немесе температурасын басқару арқылы оның инфрақызыл сәулелерді жұтуын реттеуге болады, бұл температураны өлшеуде, термобейнелеуде және т.б. қолдануға мүмкіндік береді.
Эксперименттік әдістер және зерттеу мәліметтері: Зерттеушілер эксперименттік өлшемдер мен кәсіби зерттеулер арқылы инфрақызыл сәулелерді металдармен жұту жылдамдығын анықтады. Бұл деректер металл қосылыстарының оптикалық қасиеттерін түсіну және олармен байланысты қолданбаларды әзірлеу үшін маңызды.
Қорытындылай келе, металл қосылыстарының инфрақызыл сіңіру қасиеттеріне көптеген факторлар әсер етеді және әртүрлі жағдайларда айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Бұл қасиеттер көптеген салаларда кеңінен қолданылады.