Care este principiul compușilor metalici care absorb razele infraroșii și care sunt factorii săi de influență?
Compușii metalici, inclusiv compușii pământurilor rare, joacă un rol crucial în absorbția infraroșu. În calitate de lider în metale rare și compuși de pământuri rare,UrbanMines Tech. Co., Ltd. deservește aproape 1/8 dintre clienții din lume pentru absorbția infraroșu. Pentru a răspunde întrebărilor tehnice ale clienților noștri cu privire la această problemă, centrul de cercetare și dezvoltare al companiei noastre a compilat acest articol pentru a oferi răspunsuri
1. Principiul și caracteristicile absorbției în infraroșu de către compușii metalici
Principiul absorbției în infraroșu de către compușii metalici se bazează în principal pe vibrația structurii lor moleculare și a legăturilor chimice. Spectroscopia în infraroșu studiază structura moleculară prin măsurarea tranziției vibrației intramoleculare și a nivelurilor de energie de rotație. Vibrația legăturilor chimice din compușii metalici va duce la absorbția în infraroșu, în special legăturile metalo-organice în compușii metalo-organici, vibrația multor legături anorganice și vibrația cadrului de cristal, care va apărea în diferite regiuni ale spectrului infraroșu.
Performanța diferiților compuși metalici în spectre infraroșu:
(1).MXene material: MXene este un compus bidimensional de tranziție metal-carbon/azot cu componente bogate, conductivitate metalică, o suprafață specifică mare și o suprafață activă. Are rate diferite de absorbție în infraroșu în benzile de infraroșu apropiat și infraroșu mediu/depărtat și a fost utilizat pe scară largă în camuflajul în infraroșu, conversia fototermală și în alte domenii în ultimii ani.
(2).Compuși de cupru: Compușii de cupru care conțin fosfor funcționează bine printre absorbanții de infraroșu, prevenind eficient fenomenul de înnegrire cauzat de razele ultraviolete și menținând stabile o lungă perioadă de timp proprietățile excelente de transmisie a luminii vizibile și de absorbție în infraroșu3.
Cazuri practice de aplicare
(1).Camuflaj în infraroșu: Materialele MXene sunt utilizate pe scară largă în camuflajul în infraroșu datorită proprietăților lor excelente de absorbție în infraroșu. Ele pot reduce în mod eficient caracteristicile infraroșu ale țintei și pot îmbunătăți ascunderea2.
(2).Conversie fototermală: Materialele MXene au caracteristici de emisie scăzută în benzile infraroșii medii/depărtate, care sunt potrivite pentru aplicații de conversie fototermică și pot converti eficient energia luminii în energie termică2.
(3). Materiale pentru ferestre: compozițiile de rășină care conțin absorbanți de infraroșu sunt utilizate în materialele pentru ferestre pentru a bloca eficient razele infraroșii și pentru a îmbunătăți eficiența energetică 3.
Aceste cazuri de aplicare demonstrează diversitatea și caracterul practic al compușilor metalici în absorbția în infraroșu, în special rolul lor important în știința și industria modernă.
2.Care compuși metalici pot absorbi razele infraroșii?
Compușii metalici care pot absorbi razele infraroșii includoxid de staniu de antimoniu (ATO), oxid de indiu staniu (ITO), oxid de aluminiu și zinc (AZO), trioxid de tungsten (WO3), tetroxid de fier (Fe3O4) și titanat de stronțiu (SrTiO3).
2.1 Caracteristicile de absorbție în infraroșu ale compușilor metalici
Oxid de staniu de antimoniu (ATO): poate proteja lumina infraroșie apropiată cu o lungime de undă mai mare de 1500 nm, dar nu poate proteja lumina ultravioletă și lumina infraroșie cu o lungime de undă mai mică de 1500 nm.
Oxid de indiu și staniu (ITO): similar cu ATO, are efectul de a proteja lumina infraroșu apropiat.
Oxid de zinc și aluminiu (AZO): are și funcția de a proteja lumina aproape infraroșu.
Trioxid de tungsten (WO3): Are un efect de rezonanță plasmonică de suprafață localizată și un mecanism mic de absorbție a polaronului, poate proteja radiația infraroșie cu o lungime de undă de 780-2500 nm și este netoxic și ieftin.
Fe3O4: are proprietăți bune de absorbție în infraroșu și de răspuns termic și este adesea folosit în senzori și detectoare în infraroșu.
Titanat de stronțiu (SrTiO3): are o absorbție excelentă în infraroșu și proprietăți optice, potrivite pentru senzori și detectoare în infraroșu.
Fluorura de erbiu (ErF3): este un compus de pământ rar care poate absorbi razele infraroșii. Fluorura de erbiu are cristale de culoare trandafir, un punct de topire de 1350 ° C, un punct de fierbere de 2200 ° C și o densitate de 7,814 g/cm³. Este utilizat în principal în acoperiri optice, dopaje cu fibre, cristale laser, materii prime monocristaline, amplificatoare laser, aditivi pentru catalizatori și alte domenii.
2.2 Aplicarea compușilor metalici în materiale absorbante de infraroșu
Acești compuși metalici sunt utilizați pe scară largă în materialele cu absorbție în infraroșu. De exemplu, ATO, ITO și AZO sunt adesea folosite în acoperiri transparente conductoare, antistatice, de protecție împotriva radiațiilor și electrozi transparenți; WO3 este utilizat pe scară largă în diferite materiale de izolare termică, absorbție și reflexie în infraroșu datorită performanței sale excelente de ecranare în infraroșu apropiat și proprietăților non-toxice. Acești compuși metalici joacă un rol important în domeniul tehnologiei infraroșu datorită caracteristicilor lor unice de absorbție în infraroșu.
2.3 Ce compuși de pământuri rare pot absorbi razele infraroșii?
Printre elementele pământurilor rare, hexaborura de lantan și borura de lantan de dimensiuni nanometrice pot absorbi razele infraroșii.hexaborură de lantan (LaB6)este un material utilizat pe scară largă în radar, aerospațial, industria electronică, instrumente, echipamente medicale, metalurgia electrocasnice, protecția mediului și alte domenii. În special, monocristalul hexaboridă de lantan este un material pentru fabricarea de tuburi electronice de mare putere, magnetroni, fascicule de electroni, fascicule de ioni și catozi de accelerație.
În plus, borura de lantan la scară nanometrică are și proprietatea de a absorbi razele infraroșii. Este folosit în acoperirea suprafeței foilor de folie de polietilenă pentru a bloca razele infraroșii de la lumina soarelui. În timp ce absoarbe razele infraroșii, borura de lantan la scară nanometrică nu absoarbe prea multă lumină vizibilă. Acest material poate împiedica razele infraroșii să pătrundă în sticlă în zonele cu climă caldă și poate utiliza mai eficient lumina și energia termică în climatele reci.
Elementele pământurilor rare sunt utilizate pe scară largă în multe domenii, inclusiv în domeniul militar, al energiei nucleare, al tehnologiei înalte și al produselor de consum zilnic. De exemplu, lantanul este folosit pentru a îmbunătăți performanța tactică a aliajelor din arme și echipamente, gadoliniul și izotopii săi sunt folosiți ca absorbanți de neutroni în domeniul energiei nucleare, iar ceriul este folosit ca aditiv de sticlă pentru a absorbi razele ultraviolete și infraroșii.
Ceriul, ca aditiv pentru sticlă, poate absorbi razele ultraviolete și infraroșii și este acum utilizat pe scară largă în sticla auto. Nu numai că protejează împotriva razelor ultraviolete, dar reduce și temperatura din interiorul mașinii, economisind astfel energie electrică pentru aer condiționat. Din 1997, sticla auto japoneză a fost adăugată cu oxid de ceriu și a fost folosită în automobile în 1996.
3.Proprietăți și factori de influență ai absorbției în infraroșu de către compușii metalici
3.1 Proprietățile și factorii de influență ai absorbției în infraroșu de către compușii metalici includ în principal următoarele aspecte:
Intervalul ratei de absorbție: rata de absorbție a compușilor metalici la razele infraroșii variază în funcție de factori precum tipul metalului, starea suprafeței, temperatura și lungimea de undă a razelor infraroșii. Metalele obișnuite precum aluminiul, cuprul și fierul au de obicei o rată de absorbție a razelor infraroșii între 10% și 50% la temperatura camerei. De exemplu, rata de absorbție a suprafeței de aluminiu pur la razele infraroșii la temperatura camerei este de aproximativ 12%, în timp ce rata de absorbție a suprafeței brute de cupru poate ajunge la aproximativ 40%.
3.2 Proprietăți și factori de influență ai absorbției în infraroșu de către compușii metalici:
Tipuri de metale: Metalele diferite au structuri atomice și aranjamente electronice diferite, rezultând capacități diferite de absorbție a razelor infraroșii.
Starea suprafeței: rugozitatea, stratul de oxid sau acoperirea suprafeței metalice vor afecta rata de absorbție.
Temperatura: Schimbările de temperatură vor schimba starea electronică din interiorul metalului, afectând astfel absorbția razelor infraroșii.
Lungime de undă în infraroșu: lungimi de undă diferite ale razelor infraroșii au capacități de absorbție diferite pentru metale.
Modificări în condiții specifice: în anumite condiții specifice, rata de absorbție a razelor infraroșii de către metale se poate modifica semnificativ. De exemplu, atunci când o suprafață metalică este acoperită cu un strat de material special, capacitatea sa de a absorbi razele infraroșii poate fi îmbunătățită. În plus, modificările stării electronice a metalelor în medii cu temperatură ridicată pot duce, de asemenea, la o creștere a ratei de absorbție.
Domenii de aplicare: Proprietățile de absorbție în infraroșu ale compușilor metalici au o valoare importantă de aplicare în tehnologia infraroșu, imagistica termică și alte domenii. De exemplu, controlând acoperirea sau temperatura unei suprafețe metalice, absorbția acesteia a razelor infraroșii poate fi ajustată, permițând aplicații în măsurarea temperaturii, imagistica termică etc.
Metode experimentale și context de cercetare: Cercetătorii au determinat rata de absorbție a razelor infraroșii de către metale prin măsurători experimentale și studii profesionale. Aceste date sunt importante pentru înțelegerea proprietăților optice ale compușilor metalici și dezvoltarea aplicațiilor conexe.
În rezumat, proprietățile de absorbție în infraroșu ale compușilor metalici sunt afectate de mulți factori și se pot schimba semnificativ în diferite condiții. Aceste proprietăți sunt utilizate pe scară largă în multe domenii.