Kāds ir metālu savienojumu princips, kas absorbē infrasarkanos starus un kādi ir to ietekmējošie faktori?
Metālu savienojumiem, tostarp retzemju savienojumiem, ir izšķiroša nozīme infrasarkano staru absorbcijā. Kā līderis reto metālu un retzemju savienojumu ražošanā,UrbanMines Tech. Co., Ltd. apkalpo gandrīz 1/8 pasaules klientu infrasarkano staru absorbcijai. Lai atbildētu uz mūsu klientu tehniskajiem jautājumiem par šo jautājumu, mūsu uzņēmuma pētniecības un attīstības centrs ir apkopojis šo rakstu, lai sniegtu atbildes.
1. Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas princips un īpašības
Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas princips galvenokārt balstās uz to molekulārās struktūras un ķīmisko saišu vibrāciju. Infrasarkanā spektroskopija pēta molekulāro struktūru, mērot intramolekulāro vibrāciju un rotācijas enerģijas līmeņu pāreju. Ķīmisko saišu vibrācija metālu savienojumos izraisīs infrasarkano staru absorbciju, jo īpaši metāla-organisko saišu absorbciju metālu-organisko savienojumu, daudzu neorganisko saišu vibrācijas un kristāla rāmja vibrācijas, kas parādīsies dažādos infrasarkanā spektra reģionos.
Dažādu metālu savienojumu veiktspēja infrasarkanajos spektros:
(1). MXene materiāls: MXene ir divdimensiju pārejas metāla-oglekļa/slāpekļa savienojums ar bagātīgām sastāvdaļām, metālisku vadītspēju, lielu īpatnējo virsmu un aktīvo virsmu. Tam ir dažādi infrasarkano staru absorbcijas ātrumi tuvās un vidējās/tālās infrasarkanās joslās, un pēdējos gados tas ir plaši izmantots infrasarkanajā maskēšanā, fototermiskajā pārveidē un citās jomās.
(2). Vara savienojumi: Fosforu saturošie vara savienojumi labi darbojas infrasarkano staru absorbētāju vidū, efektīvi novēršot ultravioleto staru izraisīto melnumu un ilgstoši saglabājot izcilas redzamās gaismas caurlaidības un infrasarkanās absorbcijas īpašības3.
Praktiski pielietošanas gadījumi
(1). Infrasarkanā maskēšana: MXene materiālus plaši izmanto infrasarkano staru maskēšanā to lielisko infrasarkano staru absorbcijas īpašību dēļ. Tie var efektīvi samazināt mērķa infrasarkanās īpašības un uzlabot slēpšanu2.
(2). Fototermiskā pārveide: MXene materiāliem ir zemas emisijas īpašības vidējā/tālā infrasarkanajā joslā, kas ir piemērotas fototermiskās pārveidošanas lietojumiem un var efektīvi pārvērst gaismas enerģiju siltumenerģijā2.
(3) Logu materiāli: sveķu kompozīcijas, kas satur infrasarkanos absorbētājus, tiek izmantotas logu materiālos, lai efektīvi bloķētu infrasarkanos starus un uzlabotu energoefektivitāti 3.
Šie pielietojuma gadījumi parāda metālu savienojumu daudzveidību un praktiskumu infrasarkano staru absorbcijā, īpaši to svarīgo lomu mūsdienu zinātnē un rūpniecībā.
2. Kuri metālu savienojumi spēj absorbēt infrasarkanos starus?
Metāla savienojumi, kas var absorbēt infrasarkanos starus, ietverantimona alvas oksīds (ATO), indija alvas oksīds (ITO), alumīnija cinka oksīds (AZO), volframa trioksīds (WO3), dzelzs tetroksīds (Fe3O4) un stroncija titanāts (SrTiO3).
2.1. Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašības
Antimona alvas oksīds (ATO): tas var aizsargāt tuvu infrasarkano staru gaismu, kura viļņa garums ir lielāks par 1500 nm, bet nevar aizsargāt ultravioleto gaismu un infrasarkano gaismu, kura viļņa garums ir mazāks par 1500 nm.
Indija alvas oksīds (ITO): līdzīgi kā ATO, tas aizsargā tuvu infrasarkano gaismu.
Cinka alumīnija oksīds (AZO): tam ir arī gandrīz infrasarkanās gaismas ekranēšanas funkcija.
Volframa trioksīds (WO3): tam ir lokalizēts virsmas plazmona rezonanses efekts un mazs polarona absorbcijas mehānisms, tas var aizsargāt infrasarkano starojumu ar viļņa garumu 780-2500 nm, un tas nav toksisks un lēts.
Fe3O4: tam ir labas infrasarkanās absorbcijas un termiskās reakcijas īpašības, un to bieži izmanto infrasarkanajos sensoros un detektoros.
Stroncija titanāts (SrTiO3): tam ir lieliska infrasarkano staru absorbcija un optiskās īpašības, piemērots infrasarkanajiem sensoriem un detektoriem.
Erbija fluorīds (ErF3) ir retzemju savienojums, kas spēj absorbēt infrasarkanos starus. Erbija fluorīdam ir rozā krāsas kristāli, kušanas temperatūra ir 1350 ° C, viršanas temperatūra ir 2200 ° C un blīvums 7,814 g/cm³. To galvenokārt izmanto optiskajos pārklājumos, šķiedru dopingā, lāzera kristālos, viena kristāla izejvielās, lāzera pastiprinātājos, katalizatora piedevās un citās jomās.
2.2. Metālu savienojumu izmantošana infrasarkano staru absorbējošos materiālos
Šos metālu savienojumus plaši izmanto infrasarkano staru absorbcijas materiālos. Piemēram, ATO, ITO un AZO bieži izmanto caurspīdīgos vadošos, antistatiskos, pretradiācijas aizsardzības pārklājumos un caurspīdīgos elektrodos; WO3 tiek plaši izmantots dažādos siltumizolācijas, absorbcijas un atstarošanas infrasarkanajos materiālos, jo tam ir lieliska tuvu infrasarkano staru ekranēšana un netoksiskas īpašības. Šiem metālu savienojumiem ir svarīga loma infrasarkano staru tehnoloģiju jomā, pateicoties to unikālajām infrasarkano staru absorbcijas īpašībām.
2.3. Kuri retzemju savienojumi var absorbēt infrasarkanos starus?
Starp retzemju elementiem lantāna heksaborīds un nano izmēra lantāna borīds var absorbēt infrasarkanos starus.Lantāna heksaborīds (LaB6)ir materiāls, ko plaši izmanto radaru, kosmosa, elektronikas, instrumentu, medicīnas iekārtu, sadzīves tehnikas metalurģijā, vides aizsardzībā un citās jomās. Jo īpaši lantāna heksaborīda monokristāls ir materiāls lieljaudas elektronu lampu, magnetronu, elektronu staru, jonu staru un paātrinātāju katodu izgatavošanai.
Turklāt nanomēroga lantāna borīdam ir arī īpašība absorbēt infrasarkanos starus. To izmanto polietilēna plēves lokšņu virsmas pārklājumā, lai bloķētu infrasarkanos starus no saules gaismas. Absorbējot infrasarkanos starus, nano mēroga lantāna borīds neuzsūc pārāk daudz redzamās gaismas. Šis materiāls var novērst infrasarkano staru iekļūšanu logu stiklā karstā klimatā un var efektīvāk izmantot gaismas un siltuma enerģiju aukstā klimatā.
Retzemju elementi tiek plaši izmantoti daudzās jomās, tostarp militārajā, kodolenerģijas, augsto tehnoloģiju un ikdienas patēriņa produktos. Piemēram, lantānu izmanto, lai uzlabotu sakausējumu taktisko veiktspēju ieročos un ekipējumā, gadolīniju un tā izotopus izmanto kā neitronu absorbētājus kodolenerģijas jomā, bet cēriju izmanto kā stikla piedevu ultravioleto un infrasarkano staru absorbēšanai.
Cērijs kā stikla piedeva var absorbēt ultravioletos un infrasarkanos starus, un tagad to plaši izmanto automašīnu stiklā. Tas ne tikai aizsargā pret ultravioletajiem stariem, bet arī samazina temperatūru automašīnas iekšpusē, tādējādi ietaupot elektroenerģiju gaisa kondicionēšanai. Kopš 1997. gada japāņu automobiļu stikls ir pievienots cērija oksīdam, un tas tika izmantots automašīnās 1996. gadā.
3. Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašības un ietekmējošie faktori
3.1. Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašības un ietekmējošie faktori galvenokārt ietver šādus aspektus:
Absorbcijas ātruma diapazons: metālu savienojumu absorbcijas ātrums pret infrasarkanajiem stariem mainās atkarībā no tādiem faktoriem kā metāla tips, virsmas stāvoklis, temperatūra un infrasarkano staru viļņa garums. Parastiem metāliem, piemēram, alumīnijam, vara un dzelzs, infrasarkano staru absorbcijas ātrums istabas temperatūrā parasti ir no 10% līdz 50%. Piemēram, tīra alumīnija virsmas absorbcijas ātrums pret infrasarkanajiem stariem istabas temperatūrā ir aptuveni 12%, savukārt raupjas vara virsmas absorbcijas ātrums var sasniegt aptuveni 40%.
3.2 Metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašības un ietekmējošie faktori:
Metālu veidi: dažādiem metāliem ir atšķirīga atomu struktūra un elektronu izvietojums, kā rezultātā tiem ir atšķirīgas infrasarkano staru absorbcijas spējas.
Virsmas stāvoklis: metāla virsmas raupjums, oksīda slānis vai pārklājums ietekmēs absorbcijas ātrumu.
Temperatūra: temperatūras izmaiņas mainīs elektronisko stāvokli metāla iekšienē, tādējādi ietekmējot tā infrasarkano staru absorbciju.
Infrasarkanais viļņa garums: dažādiem infrasarkano staru viļņu garumiem ir atšķirīgas metālu absorbcijas spējas.
Izmaiņas īpašos apstākļos: noteiktos īpašos apstākļos metālu infrasarkano staru absorbcijas ātrums var būtiski mainīties. Piemēram, ja metāla virsma ir pārklāta ar īpaša materiāla slāni, var uzlabot tās spēju absorbēt infrasarkanos starus. Turklāt metālu elektroniskā stāvokļa izmaiņas augstas temperatūras vidē var izraisīt arī absorbcijas ātruma palielināšanos.
Lietošanas jomas: metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašībām ir svarīga pielietojuma vērtība infrasarkanajā tehnoloģijā, termiskajā attēlveidošanā un citās jomās. Piemēram, kontrolējot metāla virsmas pārklājumu vai temperatūru, var regulēt tā infrasarkano staru absorbciju, ļaujot izmantot temperatūras mērīšanā, termiskajā attēlveidošanā utt.
Eksperimentālās metodes un izpētes pamatojums: Pētnieki noteica infrasarkano staru absorbcijas ātrumu metālos, veicot eksperimentālus mērījumus un profesionālus pētījumus. Šie dati ir svarīgi, lai izprastu metālu savienojumu optiskās īpašības un izstrādātu saistītus lietojumus.
Rezumējot, metālu savienojumu infrasarkanās absorbcijas īpašības ietekmē daudzi faktori, un dažādos apstākļos tās var būtiski mainīties. Šīs īpašības tiek plaši izmantotas daudzās jomās.