Koks yra metalų junginių, sugeriančių infraraudonuosius spindulius, principas ir kokie jį įtakojantys veiksniai?
Metalų junginiai, įskaitant retųjų žemių junginius, vaidina lemiamą vaidmenį sugeriant infraraudonuosius spindulius. Būdama retųjų metalų ir retųjų žemių junginių lyderė,UrbanMines Tech. Co., Ltd. aptarnauja beveik 1/8 pasaulio klientų infraraudonųjų spindulių absorbcijai. Norėdami atsakyti į mūsų klientų techninius klausimus šiuo klausimu, mūsų įmonės tyrimų ir plėtros centras parengė šį straipsnį, kad pateiktų atsakymus.
1. Metalų junginių infraraudonųjų spindulių sugerties principas ir charakteristikos
Metalų junginių infraraudonųjų spindulių absorbcijos principas daugiausia grindžiamas jų molekulinės struktūros ir cheminių ryšių vibracija. Infraraudonųjų spindulių spektroskopija tiria molekulinę struktūrą, matuojant intramolekulinės vibracijos ir sukimosi energijos lygių perėjimą. Cheminių jungčių vibracija metalo junginiuose sukels infraraudonųjų spindulių absorbciją, ypač metalo ir organinių jungčių metalo ir organinių junginių, daugelio neorganinių ryšių vibraciją ir kristalų rėmo vibraciją, kuri atsiras skirtinguose infraraudonųjų spindulių spektro regionuose.
Įvairių metalų junginių veikimas infraraudonųjų spindulių spektruose:
(1). MXene medžiaga: MXene yra dvimatis pereinamasis metalo-anglies/azoto junginys, turintis daug komponentų, metalo laidumą, didelį specifinį paviršiaus plotą ir aktyvų paviršių. Jis turi skirtingą infraraudonųjų spindulių sugerties greitį artimųjų ir vidutinių / tolimųjų infraraudonųjų spindulių juostose ir pastaraisiais metais buvo plačiai naudojamas infraraudonųjų spindulių maskavimo, fototerminės konversijos ir kitose srityse.
(2).Vario junginiai: fosforo turintys vario junginiai puikiai veikia tarp infraraudonųjų spindulių sugertuvų, veiksmingai užkertant kelią ultravioletinių spindulių sukeltam juodėjimui ir ilgą laiką išlaiko puikias matomos šviesos pralaidumo bei infraraudonųjų spindulių sugerties savybes3.
Praktinio taikymo atvejai
(1). Infraraudonųjų spindulių kamufliažas: MXene medžiagos plačiai naudojamos infraraudonųjų spindulių maskavimui dėl puikių infraraudonųjų spindulių sugėrimo savybių. Jie gali veiksmingai sumažinti taikinio infraraudonųjų spindulių charakteristikas ir pagerinti slėpimą2.
(2). Fototerminė konversija: MXene medžiagų vidutinės ir tolimosios infraraudonųjų spindulių juostose yra mažos emisijos charakteristikos, kurios yra tinkamos fototerminei konversijai ir gali efektyviai paversti šviesos energiją šilumos energija2.
(3) Langų medžiagos: dervos kompozicijos, kurių sudėtyje yra infraraudonųjų spindulių absorbentų, naudojamos langų medžiagose, siekiant veiksmingai blokuoti infraraudonuosius spindulius ir pagerinti energijos vartojimo efektyvumą.
Šie pritaikymo atvejai parodo metalų junginių įvairovę ir praktiškumą infraraudonųjų spindulių sugertyje, ypač svarbų jų vaidmenį šiuolaikiniame moksle ir pramonėje.
2. Kurie metalų junginiai gali sugerti infraraudonuosius spindulius?
Metalų junginiai, galintys sugerti infraraudonuosius spindulius, apimastibio alavo oksidas (ATO), indžio alavo oksidas (ITO), aliuminio cinko oksidas (AZO), volframo trioksidas (WO3), geležies tetroksidas (Fe3O4) ir stroncio titanatas (SrTiO3).
2.1 Metalų junginių infraraudonųjų spindulių sugerties charakteristikos
Stibio alavo oksidas (ATO): jis gali apsaugoti artimųjų infraraudonųjų spindulių šviesą, kurios bangos ilgis didesnis nei 1500 nm, bet negali apsaugoti ultravioletinių spindulių ir infraraudonųjų spindulių, kurių bangos ilgis mažesnis nei 1500 nm.
Indžio alavo oksidas (ITO): panašus į ATO, jis apsaugo artimą infraraudonąją šviesą.
Cinko aliuminio oksidas (AZO): jis taip pat turi beveik infraraudonųjų spindulių šviesos ekranavimo funkciją.
Volframo trioksidas (WO3): Jis turi lokalizuotą paviršiaus plazmono rezonanso efektą ir mažą polarono sugerties mechanizmą, gali apsaugoti infraraudonąją spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra 780–2500 nm, ir yra netoksiškas ir nebrangus.
Fe3O4: turi geras infraraudonųjų spindulių sugerties ir šiluminio atsako savybes ir dažnai naudojamas infraraudonųjų spindulių jutikliuose ir detektoriuose.
Stroncio titanatas (SrTiO3): pasižymi puikia infraraudonųjų spindulių absorbcija ir optinėmis savybėmis, tinka infraraudonųjų spindulių jutikliams ir detektoriams.
Erbio fluoridas (ErF3) yra retųjų žemių junginys, galintis sugerti infraraudonuosius spindulius. Erbio fluorido kristalai yra rausvos spalvos, lydymosi temperatūra 1350 °C, virimo temperatūra 2200 °C, o tankis 7,814 g/cm³. Jis daugiausia naudojamas optinėse dangose, pluošto dopinge, lazeriniuose kristaluose, vieno kristalo žaliavose, lazeriniuose stiprintuvuose, katalizatorių prieduose ir kitose srityse.
2.2 Metalų junginių naudojimas infraraudonuosius spindulius sugeriančiose medžiagose
Šie metalų junginiai plačiai naudojami infraraudonųjų spindulių sugeriančiose medžiagose. Pavyzdžiui, ATO, ITO ir AZO dažnai naudojami skaidriose laidžiose, antistatinėse, radiacinėse apsaugos dangose ir skaidriuose elektroduose; Dėl puikių artimųjų infraraudonųjų spindulių ekranavimo savybių ir netoksiškų savybių WO3 plačiai naudojamas įvairiose šilumos izoliacijos, sugerties ir atspindžio infraraudonųjų spindulių medžiagose. Šie metalų junginiai atlieka svarbų vaidmenį infraraudonųjų spindulių technologijų srityje dėl savo unikalių infraraudonųjų spindulių sugerties savybių.
2.3 Kurie retųjų žemių junginiai gali sugerti infraraudonuosius spindulius?
Tarp retųjų žemių elementų infraraudonuosius spindulius gali sugerti lantano heksaboridas ir nano dydžio lantano boridas.Lantano heksaboridas (LaB6)yra medžiaga, plačiai naudojama radarų, kosmoso, elektronikos pramonėje, prietaisuose, medicinos įrangoje, buitinės technikos metalurgijoje, aplinkosaugoje ir kitose srityse. Visų pirma, lantano heksaborido monokristalas yra medžiaga, skirta gaminti didelės galios elektronų vamzdžius, magnetronus, elektronų pluoštus, jonų pluoštus ir greitintuvo katodus.
Be to, nano masto lantano boridas taip pat turi savybę sugerti infraraudonuosius spindulius. Jis naudojamas polietileno plėvelės lakštų paviršiaus dangoje, siekiant blokuoti saulės spindulių infraraudonuosius spindulius. Sugerdamas infraraudonuosius spindulius, nano masto lantano boridas nesugeria per daug matomos šviesos. Ši medžiaga gali neleisti infraraudoniesiems spinduliams patekti į langų stiklą karšto klimato sąlygomis, o šaltu klimatu gali efektyviau panaudoti šviesos ir šilumos energiją.
Retųjų žemių elementai yra plačiai naudojami daugelyje sričių, įskaitant karinę, branduolinę energiją, aukštąsias technologijas ir kasdienius vartojimo produktus. Pavyzdžiui, lantanas naudojamas ginklų ir įrangos lydinių taktinėms savybėms gerinti, gadolinis ir jo izotopai – kaip neutronų sugėrikliai branduolinės energijos srityje, o ceris – kaip stiklo priedas ultravioletiniams ir infraraudoniesiems spinduliams sugerti.
Ceris, kaip stiklo priedas, gali sugerti ultravioletinius ir infraraudonuosius spindulius ir dabar plačiai naudojamas automobilių stikluose. Jis ne tik apsaugo nuo ultravioletinių spindulių, bet ir sumažina temperatūrą automobilio viduje, taip taupant elektros energiją oro kondicionavimui. Nuo 1997 m. japoniškas automobilių stiklas buvo dedamas cerio oksidu, o automobiliuose jis pradėtas naudoti 1996 m.
3. Metalo junginių infraraudonųjų spindulių sugerties savybės ir įtakojantys veiksniai
3.1 Metalo junginių infraraudonųjų spindulių sugerties savybės ir įtakos veiksniai daugiausia apima šiuos aspektus:
Sugerties greičio diapazonas: metalo junginių sugerties greitis infraraudoniesiems spinduliams skiriasi priklausomai nuo tokių veiksnių kaip metalo tipas, paviršiaus būklė, temperatūra ir infraraudonųjų spindulių bangos ilgis. Paprastųjų metalų, tokių kaip aliuminis, varis ir geležis, infraraudonųjų spindulių sugerties greitis kambario temperatūroje paprastai yra nuo 10 % iki 50 %. Pavyzdžiui, gryno aliuminio paviršiaus infraraudonųjų spindulių sugerties greitis kambario temperatūroje yra apie 12%, o šiurkštaus vario paviršiaus sugerties greitis gali siekti apie 40%.
3.2 Metalų junginių infraraudonųjų spindulių sugerties savybės ir įtakojantys veiksniai:
Metalų tipai: Skirtingi metalai turi skirtingas atomines struktūras ir elektronų išdėstymą, todėl jų infraraudonųjų spindulių sugerties galimybės skiriasi.
Paviršiaus būklė: metalo paviršiaus šiurkštumas, oksido sluoksnis arba danga turės įtakos absorbcijos greičiui.
Temperatūra: temperatūros pokyčiai pakeis elektroninę metalo būseną, taip paveikdami jo infraraudonųjų spindulių sugertį.
Infraraudonųjų spindulių bangos ilgis: skirtingų infraraudonųjų spindulių bangos ilgiai turi skirtingas metalų sugerties galimybes.
Pakeitimai tam tikromis sąlygomis: tam tikromis konkrečiomis sąlygomis metalų infraraudonųjų spindulių sugerties greitis gali labai pasikeisti. Pavyzdžiui, kai metalinis paviršius padengiamas specialios medžiagos sluoksniu, gali padidėti jo gebėjimas sugerti infraraudonuosius spindulius. Be to, metalų elektroninės būsenos pokyčiai aukštos temperatūros aplinkoje taip pat gali padidinti absorbcijos greitį.
Taikymo sritys: metalų junginių infraraudonųjų spindulių sugerties savybės turi svarbią taikymo vertę infraraudonųjų spindulių technologijose, šiluminiame vaizdavime ir kitose srityse. Pavyzdžiui, valdant metalinio paviršiaus dangą arba temperatūrą, galima reguliuoti jo infraraudonųjų spindulių sugertį, todėl galima naudoti temperatūros matavimus, terminį vaizdą ir kt.
Eksperimentiniai metodai ir tyrimų aplinkybės: tyrėjai nustatė infraraudonųjų spindulių sugerties greitį metaluose, atlikdami eksperimentinius matavimus ir profesionalius tyrimus. Šie duomenys yra svarbūs norint suprasti metalų junginių optines savybes ir plėtoti susijusias programas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad metalų junginių infraraudonųjų spindulių sugerties savybes įtakoja daug veiksnių ir skirtingomis sąlygomis jos gali labai pasikeisti. Šios savybės plačiai naudojamos daugelyje sričių.