В чём заключается принцип поглощения инфракрасных лучей металлическими соединениями и какие факторы на это влияют?
Соединения металлов, включая соединения редкоземельных элементов, играют решающую роль в поглощении инфракрасного излучения. Будучи лидером в области редкоземельных металлов и соединений редкоземельных элементов,UrbanMines Tech. Co., LtdНаша компания обслуживает почти 1/8 мировых потребителей в области поглощения инфракрасного излучения. Для ответа на технические вопросы наших клиентов по этому поводу, научно-исследовательский центр компании подготовил эту статью, содержащую ответы.
1. Принцип и характеристики поглощения инфракрасного излучения соединениями металлов.
Принцип поглощения инфракрасного излучения соединениями металлов в основном основан на колебаниях их молекулярной структуры и химических связей. Инфракрасная спектроскопия изучает молекулярную структуру путем измерения переходов внутримолекулярных колебаний и вращательных энергетических уровней. Колебания химических связей в соединениях металлов приводят к поглощению инфракрасного излучения, особенно металлоорганических связей в металлоорганических соединениях, колебаний многих неорганических связей и колебаний кристаллической решетки, которые проявляются в различных областях инфракрасного спектра.
Характеристики различных металлических соединений в инфракрасном спектре:
(1). Материал MXene: MXene — это двумерное соединение переходного металла с углеродом и азотом, обладающее богатым составом, металлической проводимостью, большой удельной поверхностью и активной поверхностью. Он имеет различные коэффициенты поглощения инфракрасного излучения в ближнем и среднем/дальнем инфракрасном диапазонах и в последние годы широко используется в инфракрасной маскировке, фототермическом преобразовании и других областях.
(2).Соединения меди : Соединения меди, содержащие фосфор, хорошо зарекомендовали себя среди поглотителей инфракрасного излучения, эффективно предотвращая явление почернения, вызванное ультрафиолетовыми лучами, и сохраняя отличные свойства пропускания видимого света и поглощения инфракрасного излучения в течение длительного времени3.
Примеры практического применения
(1). Инфракрасная маскировка: материалы MXene широко используются в инфракрасной маскировке благодаря своим превосходным свойствам поглощения инфракрасного излучения. Они могут эффективно снижать инфракрасные характеристики цели и улучшать маскировку. 2.
(2). Фототермическое преобразование: материалы MXene обладают низкими эмиссионными характеристиками в средне- и дальнеинфракрасном диапазоне, что делает их подходящими для применения в фототермическом преобразовании и позволяет эффективно преобразовывать световую энергию в тепловую энергию.
(3). Материалы для окон: В материалах для окон используются смоляные композиции, содержащие поглотители инфракрасного излучения, для эффективного блокирования инфракрасных лучей и повышения энергоэффективности 3.
Эти примеры применения демонстрируют разнообразие и практическую значимость соединений металлов в инфракрасном поглощении, особенно их важную роль в современной науке и промышленности.
2. Какие соединения металлов способны поглощать инфракрасные лучи?
К металлическим соединениям, способным поглощать инфракрасные лучи, относятся:Оксид сурьмы и олова (АТО), оксид индия-олова (ITO), оксид алюминия и цинка (AZO), триоксид вольфрама (WO3), тетраоксид железа (Fe3O4) и титанат стронция (SrTiO3).
2.1 Характеристики поглощения инфракрасного излучения соединениями металлов
Оксид сурьмы и олова (ATO): Он может экранировать ближний инфракрасный свет с длиной волны более 1500 нм, но не может экранировать ультрафиолетовый и инфракрасный свет с длиной волны менее 1500 нм.
Оксид индия-олова (ITO): Подобно ATO, он обладает экранирующим эффектом ближнего инфракрасного излучения.
Оксид цинка и алюминия (AZO): Он также выполняет функцию экранирования ближнего инфракрасного излучения.
Триоксид вольфрама (WO3): обладает эффектом локализованного поверхностного плазмонного резонанса и механизмом поглощения малых поляронов, способен экранировать инфракрасное излучение с длиной волны 780-2500 нм, нетоксичен и недорог.
Fe3O4: Обладает хорошими свойствами поглощения инфракрасного излучения и теплового отклика и часто используется в инфракрасных датчиках и детекторах.
Титанат стронция (SrTiO3): обладает превосходными свойствами поглощения инфракрасного излучения и оптическими свойствами, подходит для инфракрасных датчиков и детекторов.
Фторид эрбия (ErF3): это редкоземельное соединение, способное поглощать инфракрасные лучи. Фторид эрбия имеет кристаллы розового цвета, температуру плавления 1350 °C, температуру кипения 2200 °C и плотность 7,814 г/см³. Он в основном используется в оптических покрытиях, легировании волокон, лазерных кристаллах, монокристаллическом сырье, лазерных усилителях, каталитических добавках и других областях.
2.2 Применение соединений металлов в материалах, поглощающих инфракрасное излучение
Эти соединения металлов широко используются в материалах, поглощающих инфракрасное излучение. Например, ATO, ITO и AZO часто применяются в прозрачных проводящих, антистатических, радиационно-защитных покрытиях и прозрачных электродах; WO3 широко используется в различных теплоизоляционных, поглощающих и отражающих инфракрасных материалах благодаря своим превосходным экранирующим свойствам в ближнем инфракрасном диапазоне и нетоксичности. Эти соединения металлов играют важную роль в области инфракрасной техники благодаря своим уникальным характеристикам поглощения инфракрасного излучения.
2.3 Какие редкоземельные соединения способны поглощать инфракрасные лучи?
Среди редкоземельных элементов гексаборид лантана и наноразмерный борид лантана способны поглощать инфракрасные лучи.Гексаборид лантана (LaB6)Гексаборид лантана — это материал, широко используемый в радиолокации, аэрокосмической отрасли, электронной промышленности, приборостроении, медицинском оборудовании, бытовой технике, металлургии, охране окружающей среды и других областях. В частности, монокристалл гексаборида лантана является материалом для изготовления мощных электронных ламп, магнетронов, электронных пучков, ионных пучков и катодов ускорителей.
Кроме того, наноразмерный борид лантана также обладает свойством поглощать инфракрасные лучи. Он используется в покрытии на поверхности полиэтиленовых пленок для блокирования инфракрасных лучей солнечного света. Поглощая инфракрасные лучи, наноразмерный борид лантана не поглощает слишком много видимого света. Этот материал может предотвратить проникновение инфракрасных лучей в оконное стекло в жарком климате и более эффективно использовать световую и тепловую энергию в холодном климате.
Редкоземельные элементы широко используются во многих областях, включая военную промышленность, атомную энергетику, высокие технологии и товары повседневного спроса. Например, лантан используется для улучшения тактических характеристик сплавов в оружии и технике, гадолиний и его изотопы применяются в качестве поглотителей нейтронов в атомной энергетике, а церий используется в качестве добавки к стеклу для поглощения ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.
Церий, как добавка к стеклу, способен поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи и в настоящее время широко используется в автомобильном стекле. Он не только защищает от ультрафиолетовых лучей, но и снижает температуру внутри автомобиля, тем самым экономя электроэнергию для кондиционера. С 1997 года в японское автомобильное стекло добавляют оксид церия, а в автомобили его начали применять в 1996 году.
3. Свойства и факторы, влияющие на поглощение инфракрасного излучения соединениями металлов.
3.1 Свойства и факторы, влияющие на поглощение инфракрасного излучения соединениями металлов, в основном включают следующие аспекты:
Диапазон коэффициента поглощения: Коэффициент поглощения инфракрасных лучей соединениями металлов варьируется в зависимости от таких факторов, как тип металла, состояние поверхности, температура и длина волны инфракрасных лучей. Распространенные металлы, такие как алюминий, медь и железо, обычно имеют коэффициент поглощения инфракрасных лучей от 10% до 50% при комнатной температуре. Например, коэффициент поглощения инфракрасных лучей поверхностью чистого алюминия при комнатной температуре составляет около 12%, тогда как коэффициент поглощения шероховатой поверхности меди может достигать около 40%.
3.2 Свойства и факторы, влияющие на поглощение инфракрасного излучения соединениями металлов:
Типы металлов: Различные металлы имеют разную атомную структуру и расположение электронов, что приводит к различной способности поглощать инфракрасные лучи.
Состояние поверхности: шероховатость, оксидный слой или покрытие металлической поверхности влияют на скорость абсорбции.
Температура: Изменения температуры изменяют электронное состояние металла, что влияет на поглощение им инфракрасных лучей.
Длина волны инфракрасного излучения: Различные длины волн инфракрасных лучей обладают различной поглощающей способностью для металлов.
Изменения в зависимости от конкретных условий: При определенных условиях скорость поглощения инфракрасных лучей металлами может значительно изменяться. Например, при покрытии металлической поверхности слоем специального материала ее способность поглощать инфракрасные лучи может повышаться. Кроме того, изменения электронного состояния металлов в условиях высоких температур также могут приводить к увеличению скорости поглощения.
Области применения: Свойства поглощения инфракрасного излучения соединениями металлов имеют важное практическое значение в инфракрасной технике, тепловизионной технике и других областях. Например, путем контроля покрытия или температуры металлической поверхности можно регулировать поглощение инфракрасных лучей, что позволяет применять их в измерении температуры, тепловизионной технике и т. д.
Экспериментальные методы и контекст исследования: Исследователи определили степень поглощения инфракрасных лучей металлами посредством экспериментальных измерений и профессиональных исследований. Эти данные важны для понимания оптических свойств соединений металлов и разработки соответствующих приложений.
В заключение следует отметить, что свойства поглощения инфракрасного излучения соединениями металлов зависят от многих факторов и могут значительно изменяться в различных условиях. Эти свойства широко используются во многих областях.