Wat is het principe van metaalverbindingen die infraroodstralen absorberen en wat zijn de beïnvloedende factoren?
Metaalverbindingen, waaronder zeldzame aardverbindingen, spelen een cruciale rol bij infraroodabsorptie. Als leider op het gebied van zeldzame metalen en zeldzame aardverbindingen,UrbanMines Tech. Co., Ltd. bedient bijna 1/8 van de klanten ter wereld voor infraroodabsorptie. Om de technische vragen van onze klanten hierover te beantwoorden, heeft het onderzoeks- en ontwikkelingscentrum van ons bedrijf dit artikel samengesteld om antwoorden te geven
1. Het principe en de kenmerken van infraroodabsorptie door metaalverbindingen
Het principe van infraroodabsorptie door metaalverbindingen is voornamelijk gebaseerd op de trilling van hun moleculaire structuur en chemische bindingen. Infraroodspectroscopie bestudeert de moleculaire structuur door de overgang van intramoleculaire trillingen en rotatie-energieniveaus te meten. De vibratie van chemische bindingen in metaalverbindingen zal leiden tot infraroodabsorptie, vooral metaal-organische bindingen in metaal-organische verbindingen, de vibratie van veel anorganische bindingen en de kristalframe-vibratie, die in verschillende delen van het infraroodspectrum zal verschijnen.
Prestaties van verschillende metaalverbindingen in infraroodspectra:
(1). MXene-materiaal: MXene is een tweedimensionale overgangsmetaal-koolstof/stikstofverbinding met rijke componenten, metallische geleidbaarheid, een groot specifiek oppervlak en een actief oppervlak. Het heeft verschillende infraroodabsorptiesnelheden in de nabij-infrarood- en midden-/ver-infraroodbanden en is de afgelopen jaren op grote schaal gebruikt in infraroodcamouflage, fotothermische conversie en andere velden.
(2).Koperverbindingen: Fosforhoudende koperverbindingen presteren goed onder infraroodabsorbeerders, voorkomen effectief het zwartverschijnsel veroorzaakt door ultraviolette stralen en behouden de uitstekende transmissie van zichtbaar licht en infraroodabsorptie-eigenschappen stabiel gedurende een lange tijd3.
Praktische toepassingsgevallen
(1).Infraroodcamouflage: MXene-materialen worden veel gebruikt in infraroodcamouflage vanwege hun uitstekende infraroodabsorptie-eigenschappen. Ze kunnen de infraroodkenmerken van het doelwit effectief verminderen en de verborgenheid2 verbeteren.
(2).Fotothermische conversie: MXene-materialen hebben lage emissie-eigenschappen in de midden-/ver-infraroodbanden, die geschikt zijn voor fotothermische conversietoepassingen en lichtenergie efficiënt kunnen omzetten in warmte-energie2.
(3). Raammaterialen: harssamenstellingen die infraroodabsorbeerders bevatten, worden in raammaterialen gebruikt om infraroodstralen effectief te blokkeren en de energie-efficiëntie te verbeteren.
Deze toepassingsgevallen demonstreren de diversiteit en bruikbaarheid van metaalverbindingen bij infraroodabsorptie, vooral hun belangrijke rol in de moderne wetenschap en industrie.
2.Welke metaalverbindingen kunnen infraroodstralen absorberen?
Metaalverbindingen die infraroodstralen kunnen absorberen, zijn onder meerantimoontinoxide (ATO), indiumtinoxide (ITO)aluminiumzinkoxide (AZO), wolfraamtrioxide (WO3), ijzertetroxide (Fe3O4) en strontiumtitanaat (SrTiO3).
2.1 Infraroodabsorptiekarakteristieken van metaalverbindingen
Antimoontinoxide (ATO): Het kan nabij-infraroodlicht met een golflengte groter dan 1500 nm afschermen, maar kan geen ultraviolet licht en infrarood licht met een golflengte van minder dan 1500 nm afschermen.
Indiumtinoxide (ITO): Net als ATO heeft het het effect dat het nabij-infraroodlicht afschermt.
Zinkaluminiumoxide (AZO): Het heeft ook de functie om nabij-infraroodlicht af te schermen.
Wolfraamtrioxide (WO3): Het heeft een gelokaliseerd oppervlakte-plasmonresonantie-effect en een klein polaron-absorptiemechanisme, kan infraroodstraling met een golflengte van 780-2500 nm afschermen, en is niet-giftig en goedkoop.
Fe3O4: Het heeft goede infraroodabsorptie- en thermische responseigenschappen en wordt vaak gebruikt in infraroodsensoren en detectoren.
Strontiumtitanaat (SrTiO3): heeft uitstekende infraroodabsorptie en optische eigenschappen, geschikt voor infraroodsensoren en detectoren.
Erbiumfluoride (ErF3): is een zeldzame aardverbinding die infraroodstralen kan absorberen. Erbiumfluoride heeft roze kristallen, een smeltpunt van 1350°C, een kookpunt van 2200°C en een dichtheid van 7,814 g/cm³. Het wordt voornamelijk gebruikt in optische coatings, vezeldoping, laserkristallen, grondstoffen met één kristal, laserversterkers, katalysatoradditieven en andere gebieden.
2.2 Toepassing van metaalverbindingen in infraroodabsorberende materialen
Deze metaalverbindingen worden veel gebruikt in infraroodabsorptiematerialen. ATO, ITO en AZO worden bijvoorbeeld vaak gebruikt in transparante geleidende, antistatische, stralingsbeschermingscoatings en transparante elektroden; WO3 wordt veel gebruikt in verschillende warmte-isolatie-, absorptie- en reflectie-infraroodmaterialen vanwege de uitstekende nabij-infraroodafschermingsprestaties en niet-giftige eigenschappen. Deze metaalverbindingen spelen een belangrijke rol op het gebied van infraroodtechnologie vanwege hun unieke infraroodabsorptie-eigenschappen.
2.3 Welke zeldzame aardverbindingen kunnen infraroodstraling absorberen?
Onder de zeldzame aardelementen kunnen lanthaanhexaboride en lanthaanboride van nanogrootte infraroodstralen absorberen.Lanthaanhexaboride (LaB6)is een materiaal dat veel wordt gebruikt in de radar-, ruimtevaart-, elektronica-industrie, instrumentatie, medische apparatuur, metallurgie van huishoudelijke apparaten, milieubescherming en andere gebieden. In het bijzonder is het monokristal van lanthaanhexaboride een materiaal voor het maken van elektronenbuizen met hoog vermogen, magnetrons, elektronenbundels, ionenbundels en versnellerkathoden.
Bovendien heeft lanthaanboride op nanoschaal ook de eigenschap infraroodstralen te absorberen. Het wordt gebruikt in de coating op het oppervlak van polyethyleenfilmplaten om infraroodstralen van zonlicht te blokkeren. Lanthaanboride op nanoschaal absorbeert weliswaar infraroodstralen, maar absorbeert niet te veel zichtbaar licht. Dit materiaal kan voorkomen dat infraroodstralen in het vensterglas binnendringen in warme klimaten, en kan in koude klimaten effectiever gebruik maken van licht- en warmte-energie.
Zeldzame aardelementen worden op grote schaal gebruikt op veel gebieden, waaronder militaire, kernenergie, geavanceerde technologie en dagelijkse consumentenproducten. Lanthaan wordt bijvoorbeeld gebruikt om de tactische prestaties van legeringen in wapens en uitrusting te verbeteren, gadolinium en zijn isotopen worden gebruikt als neutronenabsorbeerders op het gebied van kernenergie, en cerium wordt gebruikt als glasadditief om ultraviolette en infrarode stralen te absorberen.
Cerium kan als glasadditief ultraviolette en infrarode stralen absorberen en wordt nu veel gebruikt in autoglas. Het beschermt niet alleen tegen ultraviolette straling, maar verlaagt ook de temperatuur in de auto, waardoor elektriciteit voor de airconditioning wordt bespaard. Sinds 1997 wordt aan Japans autoglas ceriumoxide toegevoegd, en in 1996 werd het in auto's gebruikt.
3.Eigenschappen en beïnvloedende factoren van infraroodabsorptie door metaalverbindingen
3.1 De eigenschappen en beïnvloedende factoren van infraroodabsorptie door metaalverbindingen omvatten voornamelijk de volgende aspecten:
Absorptiesnelheidsbereik: De absorptiesnelheid van metaalverbindingen in infraroodstralen varieert afhankelijk van factoren zoals metaaltype, oppervlaktetoestand, temperatuur en golflengte van infraroodstralen. Gemeenschappelijke metalen zoals aluminium, koper en ijzer hebben gewoonlijk een absorptiesnelheid van infraroodstralen tussen 10% en 50% bij kamertemperatuur. De absorptiesnelheid van zuiver aluminiumoppervlak voor infraroodstralen bij kamertemperatuur is bijvoorbeeld ongeveer 12%, terwijl de absorptiesnelheid van ruw koperoppervlak ongeveer 40% kan bereiken.
3.2Eigenschappen en beïnvloedende factoren van infraroodabsorptie door metaalverbindingen:
Soorten metalen: Verschillende metalen hebben verschillende atomaire structuren en elektronenrangschikkingen, wat resulteert in hun verschillende absorptievermogen voor infraroodstralen.
Oppervlakteconditie: De ruwheid, de oxidelaag of de coating van het metalen oppervlak beïnvloeden de absorptiesnelheid.
Temperatuur: Temperatuurveranderingen zullen de elektronische toestand in het metaal veranderen, waardoor de absorptie van infraroodstralen wordt beïnvloed.
Infraroodgolflengte: Verschillende golflengten van infrarode stralen hebben verschillende absorptiemogelijkheden voor metalen.
Veranderingen onder specifieke omstandigheden: Onder bepaalde specifieke omstandigheden kan de absorptiesnelheid van infraroodstralen door metalen aanzienlijk veranderen. Wanneer een metalen oppervlak bijvoorbeeld wordt bedekt met een laag speciaal materiaal, kan het vermogen ervan om infraroodstralen te absorberen worden verbeterd. Bovendien kunnen veranderingen in de elektronische toestand van metalen in omgevingen met hoge temperaturen ook leiden tot een toename van de absorptiesnelheid.
Toepassingsvelden: De infraroodabsorptie-eigenschappen van metaalverbindingen hebben een belangrijke toepassingswaarde in infraroodtechnologie, thermische beeldvorming en andere gebieden. Door bijvoorbeeld de coating of de temperatuur van een metalen oppervlak te regelen, kan de absorptie van infraroodstralen worden aangepast, waardoor toepassingen in temperatuurmetingen, thermische beeldvorming, enz. mogelijk worden.
Experimentele methoden en onderzoeksachtergrond: Onderzoekers bepaalden de absorptiesnelheid van infraroodstralen door metalen door middel van experimentele metingen en professionele studies. Deze gegevens zijn belangrijk voor het begrijpen van de optische eigenschappen van metaalverbindingen en het ontwikkelen van gerelateerde toepassingen.
Samenvattend worden de infraroodabsorptie-eigenschappen van metaalverbindingen door veel factoren beïnvloed en kunnen ze onder verschillende omstandigheden aanzienlijk veranderen. Deze eigenschappen worden op veel gebieden veel gebruikt.