Care este principiul absorbției razelor infraroșii de către compușii metalici și care sunt factorii care îl influențează?
Compușii metalici, inclusiv compușii de pământuri rare, joacă un rol crucial în absorbția infraroșului. În calitate de lider în domeniul metalelor rare și al compușilor de pământuri rare,UrbanMines Tech. Co., Ltd.deservește aproape 1/8 dintre clienții lumii pentru absorbția în infraroșu. Pentru a răspunde la întrebările tehnice ale clienților noștri pe această temă, centrul de cercetare și dezvoltare al companiei noastre a întocmit acest articol pentru a oferi răspunsuri.
1. Principiul și caracteristicile absorbției infraroșii 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 dintre vibrația intramoleculară și nivelurile de energie de rotație. Vibrația legăturilor chimice din compușii metalici va duce la absorbția în infraroșu, în special a legăturilor metalo-organice din compușii metalo-organici, vibrația multor legături anorganice și vibrația cadrului cristalin, care va apărea în diferite regiuni ale spectrului infraroșu.
Performanța diferiților compuși metalici în spectrele infraroșii:
(1). Material MXene: MXene este un compus bidimensional de metal de tranziție-carbon/azot cu componente bogate, conductivitate metalică, o suprafață specifică mare și o suprafață activă. Are rate diferite de absorbție a infraroșului în benzile infraroșu apropiat și infraroșu mediu/depărtat și a fost utilizat pe scară largă în camuflajul în infraroșu, conversia fototermică și alte domenii în ultimii ani.
(2).Compuși de cupru: Compușii de cupru care conțin fosfor au performanțe bune printre absorbanții de infraroșu, prevenind eficient fenomenul de înnegrire cauzat de razele ultraviolete și menținând proprietăți excelente de transmitanță a luminii vizibile și de absorbție a infraroșului, stabile pentru o perioadă lungă de timp3.
Cazuri practice de aplicare
(1).Camuflaj în infraroșu: Materialele MXene sunt utilizate pe scară largă în camuflarea în infraroșu datorită proprietăților lor excelente de absorbție a infraroșului. Acestea pot reduce eficient caracteristicile infraroșii ale țintei și pot îmbunătăți ascunderea2.
(2).Conversie fototermică: Materialele MXene au caracteristici de emisie redusă în benzile infraroșii medii/îndepărtate, fiind potrivite pentru aplicații de conversie fototermică și putând converti eficient energia luminoasă 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 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. Ce compuși metalici pot absorbi razele infraroșii?
Compușii metalici care pot absorbi razele infraroșii includoxid de staniu și antimoniu (ATO), oxid de staniu și indiu (ITO), oxid de zinc și aluminiu (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 și antimoniu (ATO): Poate proteja lumina în infraroșu apropiat 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 infraroșie apropiată.
Oxid de zinc și aluminiu (AZO): De asemenea, are funcția de a proteja lumina infraroșie apropiată.
Trioxid de tungsten (WO3): Are un efect de rezonanță plasmonică de suprafață localizat și un mecanism de absorbție a polaronilor mici, poate proteja radiațiile infraroșii cu o lungime de undă de 780-2500 nm, este netoxic și ieftin.
Fe3O4: Are proprietăți bune de absorbție în infraroșu și răspuns termic și este adesea utilizat în senzori și detectoare cu infraroșu.
Titanatul de stronțiu (SrTiO3): are proprietăți excelente de absorbție a infraroșului și optice, fiind potrivit pentru senzori și detectoare de infraroșu.
Fluorura de erbiu (ErF3): este un compus din pământuri rare care poate absorbi razele infraroșii. Fluorura de erbiu are cristale de culoare roz, un punct de topire de 1350°C, un punct de fierbere de 2200°C și o densitate de 7,814 g/cm³. Se utilizează în principal în acoperiri optice, doparea fibrelor, cristale laser, materii prime monocristaline, amplificatoare laser, aditivi catalitici și alte domenii.
2.2 Aplicarea compușilor metalici în materialele absorbante de infraroșu
Acești compuși metalici sunt utilizați pe scară largă în materialele de absorbție a infraroșului. De exemplu, ATO, ITO și AZO sunt adesea utilizați în acoperiri transparente conductive, antistatice, de protecție împotriva radiațiilor și electrozi transparenți; WO3 este utilizat pe scară largă în diverse materiale de izolare termică, absorbție și reflexie în infraroșu datorită performanței sale excelente de ecranare în infraroșu apropiat și proprietăților netoxice. Acești compuși metalici joacă un rol important în domeniul tehnologiei infraroșului datorită caracteristicilor lor unice de absorbție a infraroșului.
2.3 Ce compuși din pământuri rare pot absorbi razele infraroșii?
Printre elementele de pământuri 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, industria aerospațială, industria electronică, instrumentație, echipamente medicale, metalurgia electrocasnicelor, protecția mediului și alte domenii. În special, monocristalul de hexaborură de lantan este un material pentru fabricarea tuburilor electronice de mare putere, magnetronelor, fasciculelor de electroni, fasciculelor de ioni și catozilor de accelerare.
În plus, borura de lantan la scară nanometrică are și proprietatea de a absorbi razele infraroșii. Este utilizată în acoperirea suprafeței foliilor de polietilenă pentru a bloca razele infraroșii de la lumina soarelui. Deși absoarbe razele infraroșii, borura de lantan la scară nanometrică nu absoarbe prea multă lumină vizibilă. Acest material poate împiedica pătrunderea razelor infraroșii în geamurile din zonele cu climă caldă și poate utiliza mai eficient energia luminoasă și termică în zonele cu climă rece.
Elementele de pământuri rare sunt utilizate pe scară largă în multe domenii, inclusiv în domeniul militar, al energiei nucleare, al tehnologiei înalte și în produsele de consum zilnic. De exemplu, lantanul este utilizat pentru a îmbunătăți performanța tactică a aliajelor din arme și echipamente, gadoliniul și izotopii săi sunt utilizați ca absorbanți de neutroni în domeniul energiei nucleare, iar ceriul este utilizat ca aditiv pentru 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 automobilelor. Nu numai că protejează împotriva razelor ultraviolete, dar reduce și temperatura din interiorul mașinii, economisind astfel energie electrică pentru aerul condiționat. Din 1997, sticlei automobilelor japoneze i s-a adăugat oxid de ceriu, iar acesta a fost utilizat în automobile în 1996.
3. Proprietăți și factori de influență ai absorbției infraroșii de către compușii metalici
3.1 Proprietățile și factorii de influență ai absorbției infraroșii de către compușii metalici includ în principal următoarele aspecte:
Intervalul ratei de absorbție: Rata de absorbție a razelor infraroșii de către compușii metalici variază în funcție de factori precum tipul de metal, starea suprafeței, temperatura și lungimea de undă a razelor infraroșii. Metalele comune, cum ar fi 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 rugoase de cupru poate ajunge la aproximativ 40%.
3.2 Proprietăți și factori de influență ai absorbției infraroșii de către compușii metalici:
Tipuri de metale: Diferite metale au structuri atomice și aranjamente electronice diferite, ceea ce duce la capacități diferite de absorbție a razelor infraroșii.
Starea suprafeței: Rugozitatea, stratul de oxid sau acoperirea suprafeței metalice vor afecta rata de absorbție.
Temperatură: Schimbările de temperatură vor schimba starea electronică din interiorul metalului, afectând astfel absorbția razelor infraroșii.
Lungime de undă în infraroșu: Diferite lungimi de undă ale razelor infraroșii au capacități diferite de absorbție pentru metale.
Modificări în anumite condiții: În anumite condiții, 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 dintr-un material special, capacitatea sa de a absorbi razele infraroșii poate fi îmbunătățită. În plus, modificările stării electronice a metalelor în medii cu temperaturi ridicate pot duce, de asemenea, la o creștere a ratei de absorbție.
Domenii de aplicare: Proprietățile de absorbție a razelor infraroșii ale compușilor metalici au o valoare aplicativă importantă în tehnologia infraroșie, imagistica termică și alte domenii. De exemplu, prin controlul stratului de acoperire sau al temperaturii unei suprafețe metalice, absorbția razelor infraroșii poate fi ajustată, permițând aplicații în măsurarea temperaturii, imagistica termică etc.
Metode experimentale și contextul cercetării: 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 aferente.
În concluzie, proprietățile de absorbție în infraroșu ale compușilor metalici sunt afectate de mulți factori și se pot modifica semnificativ în diferite condiții. Aceste proprietăți sunt utilizate pe scară largă în multe domenii.