Qual é o princípio dos compostos metálicos que absorvem os raios infravermelhos e quais são os seus fatores de influência?
Compostos metálicos, incluindo compostos de terras raras, desempenham um papel crucial na absorção do infravermelho. Como líder em compostos de metais raros e terras raras,Tecnologia UrbanMines. Co., Ltd.. atende quase 1/8 dos clientes mundiais em absorção de infravermelho. Para responder às dúvidas técnicas dos nossos clientes sobre este assunto, o centro de pesquisa e desenvolvimento da nossa empresa compilou este artigo para fornecer respostas
1. O princípio e as características da absorção infravermelha por compostos metálicos
O princípio da absorção infravermelha por compostos metálicos baseia-se principalmente na vibração de sua estrutura molecular e ligações químicas. A espectroscopia infravermelha estuda a estrutura molecular medindo a transição da vibração intramolecular e dos níveis de energia rotacional. A vibração das ligações químicas em compostos metálicos levará à absorção infravermelha, especialmente ligações metal-orgânicas em compostos metal-orgânicos, à vibração de muitas ligações inorgânicas e à vibração da estrutura cristalina, que aparecerá em diferentes regiões do espectro infravermelho.
Desempenho de diferentes compostos metálicos em espectros infravermelhos:
(1).Material MXene: MXene é um composto bidimensional de metal de transição-carbono/nitrogênio com componentes ricos, condutividade metálica, uma grande área de superfície específica e uma superfície ativa. Possui diferentes taxas de absorção de infravermelho nas bandas do infravermelho próximo e do infravermelho médio/distante e tem sido amplamente utilizado em camuflagem infravermelha, conversão fototérmica e outros campos nos últimos anos.
(2).Compostos de cobre: Os compostos de cobre contendo fósforo têm um bom desempenho entre os absorvedores de infravermelho, prevenindo efetivamente o fenômeno de escurecimento causado pelos raios ultravioleta e mantendo excelente transmitância de luz visível e propriedades de absorção de infravermelho de forma estável por um longo tempo3.
Casos práticos de aplicação
(1).Camuflagem infravermelha: Os materiais MXene são amplamente utilizados na camuflagem infravermelha devido às suas excelentes propriedades de absorção infravermelha. Eles podem efetivamente reduzir as características infravermelhas do alvo e melhorar a ocultação2.
(2).Conversão fototérmica: Os materiais MXene têm características de baixa emissão nas bandas do infravermelho médio/distante, que são adequadas para aplicações de conversão fototérmica e podem converter eficientemente a energia luminosa em energia térmica2.
(3).Materiais de janela: Composições de resina contendo absorvedores de infravermelho são usadas em materiais de janela para bloquear efetivamente os raios infravermelhos e melhorar a eficiência energética 3.
Esses casos de aplicação demonstram a diversidade e praticidade dos compostos metálicos na absorção de infravermelho, especialmente seu importante papel na ciência e na indústria modernas.
2.Quais compostos metálicos podem absorver os raios infravermelhos?
Compostos metálicos que podem absorver raios infravermelhos incluemóxido de estanho antimônio (ATO), óxido de índio e estanho (ITO), óxido de alumínio e zinco (AZO), trióxido de tungstênio (WO3), tetróxido de ferro (Fe3O4) e titanato de estrôncio (SrTiO3).
2.1 Características de absorção infravermelha de compostos metálicos
Óxido de estanho de antimônio (ATO): pode proteger a luz infravermelha próxima com um comprimento de onda superior a 1.500 nm, mas não pode proteger a luz ultravioleta e a luz infravermelha com um comprimento de onda inferior a 1.500 nm.
Óxido de índio e estanho (ITO): semelhante ao ATO, tem o efeito de proteger a luz infravermelha próxima.
Óxido de alumínio e zinco (AZO): Também tem a função de proteger a luz infravermelha próxima.
Trióxido de tungstênio (WO3): Possui efeito de ressonância plasmônica de superfície localizada e pequeno mecanismo de absorção de polaron, pode proteger a radiação infravermelha com comprimento de onda de 780-2500 nm, não é tóxico e é barato.
Fe3O4: Possui boa absorção infravermelha e propriedades de resposta térmica e é frequentemente usado em sensores e detectores infravermelhos.
Titanato de estrôncio (SrTiO3): possui excelente absorção infravermelha e propriedades ópticas, adequado para sensores e detectores infravermelhos.
Fluoreto de érbio (ErF3): é um composto de terras raras que pode absorver raios infravermelhos. O fluoreto de érbio possui cristais cor de rosa, ponto de fusão de 1350°C, ponto de ebulição de 2200°C e densidade de 7,814g/cm³. É usado principalmente em revestimentos ópticos, dopagem de fibra, cristais de laser, matérias-primas monocristalinas, amplificadores de laser, aditivos de catalisador e outros campos.
2.2 Aplicação de compostos metálicos em materiais absorvedores de infravermelho
Esses compostos metálicos são amplamente utilizados em materiais de absorção infravermelha. Por exemplo, ATO, ITO e AZO são frequentemente usados em revestimentos transparentes condutores, antiestáticos, de proteção contra radiação e eletrodos transparentes; WO3 é amplamente utilizado em vários materiais infravermelhos de isolamento térmico, absorção e reflexão devido ao seu excelente desempenho de blindagem no infravermelho próximo e propriedades não tóxicas. Esses compostos metálicos desempenham um papel importante no campo da tecnologia infravermelha devido às suas características únicas de absorção infravermelha.
2.3 Quais compostos de terras raras podem absorver raios infravermelhos?
Entre os elementos de terras raras, o hexaboreto de lantânio e o boreto de lantânio de tamanho nanométrico podem absorver os raios infravermelhos.Hexaboreto de lantânio (LaB6)é um material amplamente utilizado em radar, aeroespacial, indústria eletrônica, instrumentação, equipamentos médicos, metalurgia de eletrodomésticos, proteção ambiental e outros campos. Em particular, o cristal único de hexaboreto de lantânio é um material para fazer tubos de elétrons de alta potência, magnetrons, feixes de elétrons, feixes de íons e cátodos aceleradores.
Além disso, o boreto de lantânio em nanoescala também tem a propriedade de absorver raios infravermelhos. É utilizado no revestimento da superfície de folhas de filme de polietileno para bloquear os raios infravermelhos da luz solar. Embora absorva os raios infravermelhos, o boreto de lantânio em escala nanométrica não absorve muita luz visível. Este material pode impedir que os raios infravermelhos entrem no vidro da janela em climas quentes e pode utilizar de forma mais eficaz a luz e a energia térmica em climas frios.
Os elementos de terras raras são amplamente utilizados em muitos campos, incluindo militar, energia nuclear, alta tecnologia e produtos de consumo diário. Por exemplo, o lantânio é usado para melhorar o desempenho tático de ligas em armas e equipamentos, o gadolínio e seus isótopos são usados como absorvedores de nêutrons no campo da energia nuclear e o cério é usado como aditivo de vidro para absorver raios ultravioleta e infravermelhos.
O cério, como aditivo para vidro, pode absorver raios ultravioleta e infravermelho e agora é amplamente utilizado em vidros automotivos. Não só protege contra os raios ultravioleta, mas também reduz a temperatura no interior do carro, economizando energia para o ar condicionado. Desde 1997, o vidro automotivo japonês foi adicionado com óxido de cério e foi usado em automóveis em 1996.
3.Propriedades e fatores que influenciam a absorção infravermelha por compostos metálicos
3.1As propriedades e fatores que influenciam a absorção do infravermelho por compostos metálicos incluem principalmente os seguintes aspectos:
Faixa de taxa de absorção: A taxa de absorção de compostos metálicos em raios infravermelhos varia dependendo de fatores como tipo de metal, estado da superfície, temperatura e comprimento de onda dos raios infravermelhos. Metais comuns como alumínio, cobre e ferro geralmente apresentam uma taxa de absorção de raios infravermelhos entre 10% e 50% à temperatura ambiente. Por exemplo, a taxa de absorção da superfície de alumínio puro aos raios infravermelhos à temperatura ambiente é de cerca de 12%, enquanto a taxa de absorção da superfície de cobre áspera pode atingir cerca de 40%.
3.2 Propriedades e fatores que influenciam a absorção infravermelha por compostos metálicos:
Tipos de metais: Diferentes metais têm diferentes estruturas atômicas e arranjos de elétrons, resultando em diferentes capacidades de absorção de raios infravermelhos.
Condição da superfície: A rugosidade, a camada de óxido ou o revestimento da superfície do metal afetarão a taxa de absorção.
Temperatura: As mudanças de temperatura alterarão o estado eletrônico dentro do metal, afetando assim a absorção dos raios infravermelhos.
Comprimento de onda infravermelho: Diferentes comprimentos de onda dos raios infravermelhos têm diferentes capacidades de absorção para metais.
Mudanças sob condições específicas: Sob certas condições específicas, a taxa de absorção dos raios infravermelhos pelos metais pode mudar significativamente. Por exemplo, quando uma superfície metálica é revestida com uma camada de material especial, a sua capacidade de absorver raios infravermelhos pode ser aumentada. Além disso, alterações no estado eletrônico dos metais em ambientes de alta temperatura também podem levar a um aumento na taxa de absorção.
Campos de aplicação: As propriedades de absorção infravermelha de compostos metálicos têm importante valor de aplicação em tecnologia infravermelha, imagem térmica e outros campos. Por exemplo, controlando o revestimento ou a temperatura de uma superfície metálica, sua absorção de raios infravermelhos pode ser ajustada, permitindo aplicações em medição de temperatura, imagem térmica, etc.
Métodos experimentais e antecedentes de pesquisa: Os pesquisadores determinaram a taxa de absorção dos raios infravermelhos pelos metais por meio de medições experimentais e estudos profissionais. Esses dados são importantes para a compreensão das propriedades ópticas de compostos metálicos e o desenvolvimento de aplicações relacionadas.
Em resumo, as propriedades de absorção infravermelha dos compostos metálicos são afetadas por muitos fatores e podem mudar significativamente sob diferentes condições. Essas propriedades são amplamente utilizadas em muitos campos.