Jaka jest zasada pochłaniania promieni podczerwonych przez związki metali i jakie czynniki na to wpływają?
Związki metali, w tym związki metali ziem rzadkich, odgrywają kluczową rolę w absorpcji podczerwieni. Jako lider w dziedzinie metali rzadkich i związków metali ziem rzadkich,Technika UrbanMines. Co., Ltd. obsługuje prawie 1/8 światowych klientów w zakresie absorpcji podczerwieni. Aby odpowiedzieć na zapytania techniczne naszych klientów w tej kwestii, centrum badawczo-rozwojowe naszej firmy przygotowało ten artykuł, aby dostarczyć odpowiedzi
1.Zasada i charakterystyka absorpcji podczerwieni przez związki metali
Zasada absorpcji podczerwieni przez związki metali opiera się głównie na wibracjach ich struktury molekularnej i wiązań chemicznych. Spektroskopia w podczerwieni bada strukturę molekularną poprzez pomiar przejścia wibracji wewnątrzcząsteczkowych i poziomów energii rotacyjnej. Wibracje wiązań chemicznych w związkach metali będą prowadzić do absorpcji podczerwieni, zwłaszcza wiązań metaloorganicznych w związkach metaloorganicznych, wibracji wielu wiązań nieorganicznych i wibracji szkieletu kryształu, które pojawią się w różnych obszarach widma podczerwieni.
Działanie różnych związków metali w widmach w podczerwieni:
(1).Materiał MXene: MXene to dwuwymiarowy związek metalu przejściowego, węgla/azotu o bogatych składnikach, przewodności metalicznej, dużej powierzchni właściwej i powierzchni aktywnej. Ma różne współczynniki absorpcji podczerwieni w pasmach bliskiej i średniej/dalekiej podczerwieni, a w ostatnich latach był szeroko stosowany w kamuflażu w podczerwieni, konwersji fototermicznej i innych dziedzinach.
(2).Związki miedzi: Związki miedzi zawierające fosfor dobrze sprawdzają się wśród pochłaniaczy podczerwieni, skutecznie zapobiegając zjawisku czernienia spowodowanemu promieniami ultrafioletowymi i utrzymując przez długi czas doskonałą przepuszczalność światła widzialnego i właściwości absorpcji podczerwieni3.
Praktyczne przypadki zastosowania
(1).Kamuflaż w podczerwieni: Materiały MXene są szeroko stosowane w kamuflażu w podczerwieni ze względu na ich doskonałe właściwości absorpcji podczerwieni. Mogą skutecznie zmniejszyć charakterystykę podczerwieni celu i poprawić maskowanie2.
(2).Konwersja fototermiczna: Materiały MXene charakteryzują się niską emisją w średnich i dalekich pasmach podczerwieni, co nadaje się do zastosowań w konwersji fototermicznej i może skutecznie przekształcać energię świetlną w energię cieplną2.
(3). Materiały okienne: W materiałach okiennych stosuje się kompozycje żywiczne zawierające pochłaniacze podczerwieni, aby skutecznie blokować promienie podczerwone i poprawiać efektywność energetyczną. 3.
Te przypadki zastosowań pokazują różnorodność i praktyczność związków metali w absorpcji podczerwieni, a zwłaszcza ich ważną rolę we współczesnej nauce i przemyśle.
2. Które związki metali mogą pochłaniać promienie podczerwone?
Do związków metali, które mogą pochłaniać promienie podczerwone, zaliczają się:tlenek antymonu i cyny (ATO), tlenek indu i cyny (ITO), tlenek glinu i cynku (AZO), trójtlenek wolframu (WO3), czterotlenek żelaza (Fe3O4) i tytanian strontu (SrTiO3).
2.1 Charakterystyka absorpcji podczerwieni przez związki metali
„Tlenek antymonu cyny (ATO): może chronić światło bliskiej podczerwieni o długości fali większej niż 1500 nm, ale nie może chronić światła ultrafioletowego i światła podczerwonego o długości fali mniejszej niż 1500 nm.
„Tlenek indu i cyny (ITO): Podobnie jak ATO, ma działanie ekranujące światło bliskiej podczerwieni.
Tlenek cynku i glinu (AZO): Ma również funkcję ekranowania światła bliskiej podczerwieni.
Trójtlenek wolframu (WO3): Ma miejscowy efekt powierzchniowego rezonansu plazmonowego i mechanizm absorpcji małego polaronu, może chronić promieniowanie podczerwone o długości fali 780-2500 nm, jest nietoksyczny i niedrogi.
„Fe3O4: Ma dobre właściwości absorpcji podczerwieni i odpowiedzi termicznej i jest często stosowany w czujnikach i detektorach podczerwieni.
„Tytanian strontu (SrTiO3): ma doskonałą absorpcję podczerwieni i właściwości optyczne, odpowiedni do czujników i detektorów podczerwieni”.
Fluorek erbu (ErF3): to związek ziem rzadkich, który może pochłaniać promienie podczerwone. Fluorek erbu ma różowe kryształy, temperaturę topnienia 1350°C, temperaturę wrzenia 2200°C i gęstość 7,814 g/cm3. Stosuje się go głównie w powłokach optycznych, domieszkowaniu włókien, kryształach laserowych, surowcach monokrystalicznych, wzmacniaczach laserowych, dodatkach do katalizatorów i innych dziedzinach.
2.2 Zastosowanie związków metali w materiałach pochłaniających podczerwień
Te związki metali są szeroko stosowane w materiałach pochłaniających podczerwień. Na przykład ATO, ITO i AZO są często stosowane w przezroczystych powłokach przewodzących, antystatycznych, chroniących przed promieniowaniem i przezroczystych elektrodach; WO3 jest szeroko stosowany w różnych materiałach termoizolacyjnych, absorpcyjnych i odbijających podczerwień ze względu na doskonałe właściwości ekranowania bliskiej podczerwieni i nietoksyczne właściwości. Te związki metali odgrywają ważną rolę w dziedzinie technologii podczerwieni ze względu na ich unikalne właściwości absorpcji podczerwieni.
2.3 Które związki pierwiastków ziem rzadkich mogą absorbować promienie podczerwone?
Wśród pierwiastków ziem rzadkich sześcioborek lantanu i borek lantanu w nano wielkości mogą pochłaniać promienie podczerwone.Sześcioborek lantanu (LaB6)to materiał szeroko stosowany w radarach, przemyśle lotniczym, elektronicznym, oprzyrządowaniu, sprzęcie medycznym, metalurgii sprzętu gospodarstwa domowego, ochronie środowiska i innych dziedzinach. W szczególności monokryształ heksaborku lantanu jest materiałem do wytwarzania lamp elektronowych dużej mocy, magnetronów, wiązek elektronów, wiązek jonów i katod akceleratorów.
Ponadto borek lantanu w skali nano ma również właściwość pochłaniania promieni podczerwonych. Służy do powlekania powierzchni arkuszy folii polietylenowej w celu blokowania promieni podczerwonych przed światłem słonecznym. Pochłaniając promienie podczerwone, borek lantanu w nanoskali nie pochłania zbyt dużo światła widzialnego. Materiał ten może zapobiegać przedostawaniu się promieni podczerwonych do szyb okiennych w gorącym klimacie i może skuteczniej wykorzystywać energię świetlną i cieplną w zimnym klimacie.
Pierwiastki ziem rzadkich są szeroko stosowane w wielu dziedzinach, w tym w wojsku, energetyce jądrowej, zaawansowanych technologiach i produktach codziennego użytku. Na przykład lantan stosuje się do poprawy właściwości taktycznych stopów w broni i sprzęcie, gadolin i jego izotopy stosuje się jako pochłaniacze neutronów w energetyce jądrowej, a cer stosuje się jako dodatek do szkła pochłaniający promienie ultrafioletowe i podczerwone.
Cer, jako dodatek do szkła, może pochłaniać promienie ultrafioletowe i podczerwone i jest obecnie szeroko stosowany w szkle samochodowym. Nie tylko chroni przed promieniami ultrafioletowymi, ale także obniża temperaturę wewnątrz samochodu, oszczędzając w ten sposób energię elektryczną dla klimatyzacji. Od 1997 roku do japońskiego szkła samochodowego dodaje się tlenek ceru, który zaczęto stosować w samochodach w 1996 roku.
3.Właściwości i czynniki wpływające na absorpcję podczerwieni przez związki metali
3.1 Właściwości i czynniki wpływające na absorpcję podczerwieni przez związki metali obejmują głównie następujące aspekty:
Zakres szybkości absorpcji: Szybkość absorpcji promieni podczerwonych przez związki metali zmienia się w zależności od takich czynników, jak rodzaj metalu, stan powierzchni, temperatura i długość fali promieni podczerwonych. Metale zwyczajne, takie jak aluminium, miedź i żelazo, zwykle mają współczynnik absorpcji promieni podczerwonych w temperaturze pokojowej od 10% do 50%. Na przykład szybkość absorpcji promieni podczerwonych przez czystą powierzchnię aluminium w temperaturze pokojowej wynosi około 12%, podczas gdy szybkość absorpcji szorstkiej powierzchni miedzi może osiągnąć około 40%.
3.2Właściwości i czynniki wpływające na absorpcję podczerwieni przez związki metali:
„Rodzaje metali”: Różne metale mają różne struktury atomowe i układy elektronów, co skutkuje różnymi zdolnościami absorpcji promieni podczerwonych.
„Stan powierzchni”: Chropowatość, warstwa tlenku lub powłoka powierzchni metalu będą miały wpływ na szybkość absorpcji.
„Temperatura”: zmiany temperatury powodują zmianę stanu elektronicznego wewnątrz metalu, wpływając w ten sposób na absorpcję promieni podczerwonych.
„Długość fali podczerwieni”: Różne długości fal promieni podczerwonych mają różną zdolność absorpcji metali.
„Zmiany w określonych warunkach”: W pewnych określonych warunkach szybkość absorpcji promieni podczerwonych przez metale może znacznie się zmienić. Na przykład, gdy powierzchnia metalu jest pokryta warstwą specjalnego materiału, można zwiększyć jej zdolność do pochłaniania promieni podczerwonych. Ponadto zmiany stanu elektronowego metali w środowiskach o wysokiej temperaturze mogą również prowadzić do wzrostu szybkości absorpcji.
„Obszary zastosowań”: Właściwości absorpcji podczerwieni przez związki metali mają ważną wartość aplikacyjną w technologii podczerwieni, obrazowaniu termowizyjnym i innych dziedzinach. Na przykład, kontrolując powłokę lub temperaturę powierzchni metalu, można regulować jej absorpcję promieni podczerwonych, co umożliwia zastosowanie w pomiarach temperatury, obrazowaniu termowizyjnym itp.
„Metody eksperymentalne i tło badań”: Naukowcy określili szybkość absorpcji promieni podczerwonych przez metale na podstawie pomiarów eksperymentalnych i badań profesjonalnych. Dane te są ważne dla zrozumienia właściwości optycznych związków metali i opracowania powiązanych zastosowań.
Podsumowując, na właściwości absorpcji podczerwieni przez związki metali wpływa wiele czynników i mogą one znacznie zmieniać się w różnych warunkach. Właściwości te są szeroko stosowane w wielu dziedzinach.