Sebatian Logam Menyerap Sinar Inframerah

Apakah prinsip sebatian logam menyerap sinar inframerah dan apakah faktor yang mempengaruhinya?

Sebatian logam, termasuk sebatian nadir bumi, memainkan peranan penting dalam penyerapan inframerah. Sebagai peneraju dalam logam nadir dan sebatian nadir bumi,UrbanMines Tech. Co., Ltd. melayani hampir 1/8 daripada pelanggan dunia untuk penyerapan inframerah. Untuk menangani pertanyaan teknikal pelanggan kami tentang perkara ini, pusat penyelidikan dan pembangunan syarikat kami telah menyusun artikel ini untuk memberikan jawapan
1. Prinsip dan ciri-ciri penyerapan inframerah oleh sebatian logam

Prinsip penyerapan inframerah oleh sebatian logam adalah berdasarkan getaran struktur molekul dan ikatan kimianya. Spektroskopi inframerah mengkaji struktur molekul dengan mengukur peralihan getaran intramolekul dan tahap tenaga putaran. Getaran ikatan kimia dalam sebatian logam akan membawa kepada penyerapan inframerah, terutamanya ikatan logam-organik dalam sebatian logam-organik, getaran banyak ikatan tak organik, dan getaran bingkai kristal, yang akan muncul di kawasan spektrum inframerah yang berbeza.

Prestasi sebatian logam yang berbeza dalam spektrum inframerah:
(1). Bahan MXene: MXene ialah sebatian logam-karbon/nitrogen peralihan dua dimensi dengan komponen yang kaya, kekonduksian logam, luas permukaan khusus yang besar dan permukaan aktif. Ia mempunyai kadar penyerapan inframerah yang berbeza dalam jalur inframerah dekat dan pertengahan/inframerah jauh dan telah digunakan secara meluas dalam penyamaran inframerah, penukaran fototerma dan bidang lain dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
(2).‌Sebatian kuprum‌ : Sebatian kuprum yang mengandungi fosforus berfungsi dengan baik di kalangan penyerap inframerah, dengan berkesan menghalang fenomena kehitaman yang disebabkan oleh sinar ultraungu dan mengekalkan ketransmisian cahaya nampak dan sifat penyerapan inframerah yang sangat baik secara stabil untuk masa yang lama‌3.

Kes aplikasi praktikal
(1).‌Penyamaran inframerah‌ : Bahan MXene digunakan secara meluas dalam penyamaran inframerah kerana sifat penyerapan inframerah yang sangat baik. Mereka boleh mengurangkan ciri inframerah sasaran dengan berkesan dan meningkatkan penyembunyian‌2.
(2).‌Penukaran fototerma‌ : Bahan MXene mempunyai ciri pelepasan rendah dalam jalur inframerah pertengahan/jauh, yang sesuai untuk aplikasi penukaran fototerma dan dengan cekap boleh menukar tenaga cahaya kepada tenaga haba‌2.
(3).Bahan tingkap: Komposisi resin yang mengandungi penyerap inframerah digunakan dalam bahan tingkap untuk menyekat sinar inframerah dengan berkesan dan meningkatkan kecekapan tenaga 3.
Kes aplikasi ini menunjukkan kepelbagaian dan kepraktisan sebatian logam dalam penyerapan inframerah, terutamanya peranan pentingnya dalam sains dan industri moden.

2. Sebatian logam yang manakah boleh menyerap sinar inframerah?

Sebatian logam yang boleh menyerap sinar inframerah termasukantimoni timah oksida (ATO), indium timah oksida (ITO), aluminium zink oksida (AZO), tungsten trioksida (WO3), besi tetroksida (Fe3O4) dan strontium titanat (SrTiO3).

2.1 Ciri-ciri penyerapan inframerah sebatian logam
‌Antimoni tin oksida (ATO): Ia boleh melindungi cahaya inframerah dekat dengan panjang gelombang lebih daripada 1500 nm, tetapi tidak boleh melindungi cahaya ultraviolet dan cahaya inframerah dengan panjang gelombang kurang daripada 1500 nm‌.
‌Indium Tin Oxide (ITO): Sama seperti ATO, ia mempunyai kesan melindungi cahaya inframerah dekat‌.
Zink aluminium oksida (AZO): Ia juga mempunyai fungsi melindungi cahaya inframerah dekat.
Tungsten trioksida (WO3): Ia mempunyai kesan resonans plasmon permukaan setempat dan mekanisme penyerapan polaron kecil, boleh melindungi sinaran inframerah dengan panjang gelombang 780-2500 nm, dan bukan toksik dan murah.
‌Fe3O4‌: Ia mempunyai sifat penyerapan inframerah dan tindak balas haba yang baik dan sering digunakan dalam penderia dan pengesan inframerah‌.
‌Strontium titanate (SrTiO3): mempunyai penyerapan inframerah dan sifat optik yang sangat baik, sesuai untuk penderia dan pengesan inframerah‌.
Erbium fluoride (ErF3) : ialah sebatian nadir bumi yang boleh menyerap sinar inframerah. Erbium fluorida mempunyai kristal berwarna merah jambu, takat lebur 1350°C, takat didih 2200°C, dan ketumpatan 7.814g/cm³. Ia digunakan terutamanya dalam salutan optik, doping gentian, kristal laser, bahan mentah kristal tunggal, penguat laser, bahan tambahan pemangkin, dan bidang lain.

2.2 Penggunaan sebatian logam dalam bahan penyerap inframerah
Sebatian logam ini digunakan secara meluas dalam bahan penyerapan inframerah. Sebagai contoh, ATO, ITO, dan AZO sering digunakan dalam salutan pelindung konduktif, antistatik, sinaran telus dan elektrod lutsinar; WO3 digunakan secara meluas dalam pelbagai bahan penebat haba, penyerapan, dan pantulan inframerah kerana prestasi perisai inframerah dekat yang sangat baik dan sifat bukan toksik. Sebatian logam ini memainkan peranan penting dalam bidang teknologi inframerah kerana ciri-ciri penyerapan inframerah yang unik.

2.3 Sebatian nadir bumi yang manakah boleh menyerap sinar inframerah?

Antara unsur nadir bumi, lanthanum hexaboride dan lanthanum boride bersaiz nano boleh menyerap sinar inframerah.Lanthanum hexaboride (LaB6)ialah bahan yang digunakan secara meluas dalam radar, aeroangkasa, industri elektronik, instrumentasi, peralatan perubatan, metalurgi perkakas rumah, perlindungan alam sekitar dan bidang lain. Khususnya, kristal tunggal lanthanum hexaboride ialah bahan untuk membuat tiub elektron berkuasa tinggi, magnetron, rasuk elektron, rasuk ion, dan katod pemecut.
Selain itu, lanthanum boride berskala nano juga mempunyai sifat menyerap sinar inframerah. Ia digunakan dalam salutan pada permukaan kepingan filem polietilena untuk menghalang sinaran inframerah daripada cahaya matahari. Semasa menyerap sinar inframerah, lanthanum boride berskala nano tidak menyerap terlalu banyak cahaya yang boleh dilihat. Bahan ini boleh menghalang sinar inframerah daripada memasuki kaca tingkap dalam iklim panas, dan boleh menggunakan tenaga cahaya dan haba dengan lebih berkesan dalam iklim sejuk.
Unsur nadir bumi digunakan secara meluas dalam banyak bidang, termasuk ketenteraan, tenaga nuklear, teknologi tinggi dan produk pengguna harian. Sebagai contoh, lanthanum digunakan untuk meningkatkan prestasi taktikal aloi dalam senjata dan peralatan, gadolinium dan isotopnya digunakan sebagai penyerap neutron dalam medan tenaga nuklear, dan serium digunakan sebagai bahan tambahan kaca untuk menyerap sinar ultraviolet dan inframerah.
Cerium, sebagai bahan tambahan kaca, boleh menyerap sinaran ultraungu dan inframerah dan kini digunakan secara meluas dalam kaca kereta. Ia bukan sahaja melindungi daripada sinaran ultraungu tetapi juga mengurangkan suhu di dalam kereta, sekali gus menjimatkan tenaga elektrik untuk penyaman udara. Sejak 1997, kaca kereta Jepun telah ditambah dengan serium oksida, dan ia digunakan dalam kereta pada tahun 1996.

3. Sifat dan faktor yang mempengaruhi penyerapan inframerah oleh sebatian logam

3.1 Sifat dan faktor yang mempengaruhi penyerapan inframerah oleh sebatian logam terutamanya merangkumi aspek berikut:

Julat kadar penyerapan: Kadar penyerapan sebatian logam kepada sinar inframerah berbeza-beza bergantung kepada faktor seperti jenis logam, keadaan permukaan, suhu dan panjang gelombang sinar inframerah. Logam biasa seperti aluminium, tembaga, dan besi biasanya mempunyai kadar penyerapan sinar inframerah antara 10% dan 50% pada suhu bilik. Sebagai contoh, kadar penyerapan permukaan aluminium tulen kepada sinar inframerah pada suhu bilik adalah kira-kira 12%, manakala kadar penyerapan permukaan tembaga kasar mungkin mencapai kira-kira 40%.

3.2 Sifat dan faktor yang mempengaruhi penyerapan inframerah oleh sebatian logam‌ :

‌Jenis logam‌: Logam yang berbeza mempunyai struktur atom dan susunan elektron yang berbeza, menghasilkan keupayaan penyerapan yang berbeza untuk sinar inframerah.
‌Keadaan permukaan‌: Kekasaran, lapisan oksida atau salutan permukaan logam akan menjejaskan kadar penyerapan‌.
‌Suhu‌: Perubahan suhu akan mengubah keadaan elektronik di dalam logam, sekali gus menjejaskan penyerapan sinar inframerah‌.
‌Panjang gelombang inframerah‌: Panjang gelombang sinar inframerah yang berbeza mempunyai keupayaan penyerapan yang berbeza untuk logam.
‌Perubahan di bawah keadaan tertentu‌: Di bawah keadaan khusus tertentu, kadar penyerapan sinar inframerah oleh logam mungkin berubah dengan ketara. Sebagai contoh, apabila permukaan logam disalut dengan lapisan bahan khas, keupayaannya untuk menyerap sinar inframerah boleh dipertingkatkan. Di samping itu, perubahan dalam keadaan elektronik logam dalam persekitaran suhu tinggi juga boleh menyebabkan peningkatan dalam kadar penyerapan.
‌Medan aplikasi‌: Sifat penyerapan inframerah sebatian logam mempunyai nilai aplikasi penting dalam teknologi inframerah, pengimejan terma dan bidang lain. Contohnya, dengan mengawal salutan atau suhu permukaan logam, penyerapan sinar inframerahnya boleh dilaraskan, membenarkan aplikasi dalam pengukuran suhu, pengimejan terma, dsb.
‌Kaedah Eksperimen dan Latar Belakang Penyelidikan‌: Penyelidik menentukan kadar penyerapan sinar inframerah oleh logam melalui pengukuran eksperimen dan kajian profesional. Data ini penting untuk memahami sifat optik sebatian logam dan membangunkan aplikasi berkaitan‌.
Ringkasnya, sifat penyerapan inframerah sebatian logam dipengaruhi oleh banyak faktor dan mungkin berubah dengan ketara dalam keadaan berbeza. Sifat-sifat ini digunakan secara meluas dalam banyak bidang.