Aký je princíp pohlcovania infračervených lúčov zlúčenín kovov a aké sú jeho ovplyvňujúce faktory?
Kovové zlúčeniny, vrátane zlúčenín vzácnych zemín, hrajú kľúčovú úlohu pri absorpcii infračerveného žiarenia. Ako líder v oblasti vzácnych kovov a zlúčenín vzácnych zemín,UrbanMines Tech. Co., Ltd. slúži takmer 1/8 svetových zákazníkov na absorpciu infračerveného žiarenia. Aby sme mohli odpovedať na technické otázky našich zákazníkov v tejto veci, výskumné a vývojové centrum našej spoločnosti zostavilo tento článok, aby poskytlo odpovede
1.Princíp a charakteristiky infračervenej absorpcie zlúčeninami kovov
Princíp infračervenej absorpcie zlúčeninami kovov je založený najmä na vibrácii ich molekulárnej štruktúry a chemických väzieb. Infračervená spektroskopia študuje molekulárnu štruktúru meraním prechodu intramolekulárnych vibrácií a úrovní rotačnej energie. Vibrácia chemických väzieb v zlúčeninách kovov povedie k absorpcii infračerveného žiarenia, najmä kov-organické väzby v organických zlúčeninách kovov, vibráciám mnohých anorganických väzieb a vibráciám kryštálového rámu, ktoré sa objavia v rôznych oblastiach infračerveného spektra.
Výkon rôznych zlúčenín kovov v infračervenom spektre:
(1). Materiál MXene: MXene je dvojrozmerná prechodná zlúčenina kov-uhlík/dusík s bohatými zložkami, kovovou vodivosťou, veľkým špecifickým povrchom a aktívnym povrchom. Má rôzne miery absorpcie infračerveného žiarenia v pásme blízkeho infračerveného žiarenia a stredného a vzdialeného infračerveného žiarenia a v posledných rokoch sa široko používa pri infračervenej kamufláži, fototermálnej konverzii a iných oblastiach.
(2).Zlúčeniny medi: Zlúčeniny medi s obsahom fosforu fungujú dobre medzi absorbérmi infračerveného žiarenia, účinne zabraňujú javu sčernenia spôsobenému ultrafialovými lúčmi a dlhodobo stabilne zachovávajú vynikajúcu priepustnosť viditeľného svetla a absorpciu infračerveného žiarenia3.
Praktické prípady použitia
(1).Infračervená kamufláž: Materiály MXene sú široko používané v infračervenej kamufláži kvôli ich vynikajúcim vlastnostiam absorpcie infračerveného žiarenia. Môžu účinne znížiť infračervené charakteristiky cieľa a zlepšiť utajenie2.
(2).Fototermická premena: Materiály MXene majú nízke emisné charakteristiky v stredných/ďalekých infračervených pásmach, ktoré sú vhodné na aplikácie fototermálnej konverzie a dokážu efektívne premieňať svetelnú energiu na tepelnú energiu2.
(3). Okenné materiály: Živicové kompozície obsahujúce infračervené absorbéry sa používajú v okenných materiáloch na účinné blokovanie infračervených lúčov a zlepšenie energetickej účinnosti 3.
Tieto aplikačné prípady demonštrujú rozmanitosť a praktickosť zlúčenín kovov v infračervenej absorpcii, najmä ich dôležitú úlohu v modernej vede a priemysle.
2.Ktoré kovové zlúčeniny môžu absorbovať infračervené lúče?
Kovové zlúčeniny, ktoré môžu absorbovať infračervené lúče, zahŕňajúoxid antimónový (ATO), oxid indium a cínu (ITO), oxid hlinitý a zinočnatý (AZO), oxid wolfrámový (WO3), oxid železitý (Fe3O4) a titaničitan strontnatý (SrTiO3).
2.1 Infračervené absorpčné charakteristiky zlúčenín kovov
Oxid antimónneho cínu (ATO): Dokáže tieniť blízke infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou väčšou ako 1500 nm, ale nedokáže tieniť ultrafialové svetlo a infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou menšou ako 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): Podobne ako ATO má účinok na tienenie blízkeho infračerveného svetla.
Oxid zinočnatý (AZO): Má tiež funkciu tienenia blízkeho infračerveného svetla.
Oxid wolfrámový (WO3): Má lokalizovaný efekt povrchovej plazmónovej rezonancie a malý polarónový absorpčný mechanizmus, môže tieniť infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou 780-2500 nm a je netoxický a lacný.
Fe3O4: Má dobré vlastnosti absorpcie infračerveného žiarenia a tepelnej odozvy a často sa používa v infračervených senzoroch a detektoroch.
Titanát strontnatý (SrTiO3): má vynikajúcu absorpciu infračerveného žiarenia a optické vlastnosti, vhodný pre infračervené senzory a detektory.
Erbiumfluorid (ErF3): je zlúčenina vzácnych zemín, ktorá dokáže absorbovať infračervené lúče. Erbiumfluorid má ružovo sfarbené kryštály, bod topenia 1350 °C, bod varu 2200 °C a hustotu 7,814 g/cm³. Používa sa hlavne v optických povlakoch, dopovaní vlákien, laserových kryštáloch, monokryštálových surovinách, laserových zosilňovačoch, katalyzátorových prísadách a iných oblastiach.
2.2 Aplikácia zlúčenín kovov v materiáloch absorbujúcich infračervené žiarenie
Tieto kovové zlúčeniny sú široko používané v materiáloch absorbujúcich infračervené žiarenie. Napríklad ATO, ITO a AZO sa často používajú v priehľadných vodivých, antistatických povlakoch chrániacich pred žiarením a priehľadných elektródach; WO3 je široko používaný v rôznych tepelne izolačných, absorpčných a reflexných infračervených materiáloch vďaka svojmu vynikajúcemu tieneniu v blízkej infračervenej oblasti a netoxickým vlastnostiam. Tieto zlúčeniny kovov hrajú dôležitú úlohu v oblasti infračervenej technológie vďaka svojim jedinečným vlastnostiam absorpcie infračerveného žiarenia.
2.3 Ktoré zlúčeniny vzácnych zemín môžu absorbovať infračervené lúče?
Spomedzi prvkov vzácnych zemín môžu infračervené lúče absorbovať hexaborid lantánu a borid lantanitej veľkosti nano.Hexaborid lantánu (LaB6)je materiál široko používaný v radare, leteckom a kozmickom priemysle, elektronickom priemysle, prístrojovom vybavení, zdravotníckych zariadeniach, metalurgii domácich spotrebičov, ochrane životného prostredia a ďalších oblastiach. Najmä monokryštál hexaboridu lantánu je materiálom na výrobu vysokovýkonných elektrónových trubíc, magnetrónov, elektrónových lúčov, iónových lúčov a urýchľovacích katód.
Borid lantanitý v nanoúrovni má navyše vlastnosť pohlcovať infračervené lúče. Používa sa v nátere na povrchu polyetylénových fólií na blokovanie infračervených lúčov pred slnečným žiarením. Borid lantánu v nanoúrovni absorbuje infračervené lúče a neabsorbuje príliš veľa viditeľného svetla. Tento materiál môže zabrániť prenikaniu infračervených lúčov do okenného skla v horúcom podnebí a môže efektívnejšie využívať svetelnú a tepelnú energiu v chladnom podnebí.
Prvky vzácnych zemín sú široko používané v mnohých oblastiach, vrátane armády, jadrovej energie, špičkových technológií a produktov dennej spotreby. Napríklad lantán sa používa na zlepšenie taktického výkonu zliatin v zbraniach a zariadeniach, gadolínium a jeho izotopy sa používajú ako absorbéry neutrónov v oblasti jadrovej energie a cér sa používa ako prísada do skla na absorbovanie ultrafialových a infračervených lúčov.
Cer, ako prísada do skla, môže absorbovať ultrafialové a infračervené lúče a v súčasnosti sa široko používa v automobilovom skle. Nielenže chráni pred ultrafialovým žiarením, ale tiež znižuje teplotu vo vnútri auta, čím šetrí elektrickú energiu na klimatizáciu. Od roku 1997 sa do japonského automobilového skla pridáva oxid céru a v automobiloch sa používa v roku 1996.
3. Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia zlúčeninami kovov
3.1 Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia zlúčeninami kovov zahŕňajú najmä tieto aspekty:
Rozsah absorpcie: Miera absorpcie zlúčenín kovov na infračervené lúče sa mení v závislosti od faktorov, ako je typ kovu, stav povrchu, teplota a vlnová dĺžka infračervených lúčov. Bežné kovy, ako je hliník, meď a železo, majú zvyčajne rýchlosť absorpcie infračervených lúčov medzi 10 % a 50 % pri izbovej teplote. Napríklad miera absorpcie čistého hliníkového povrchu infračervenými lúčmi pri izbovej teplote je asi 12 %, zatiaľ čo miera absorpcie drsného medeného povrchu môže dosiahnuť asi 40 %.
3.2 Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia zlúčeninami kovov:
Typy kovov: Rôzne kovy majú rôzne atómové štruktúry a usporiadanie elektrónov, čo vedie k ich rôznym absorpčným schopnostiam pre infračervené lúče.
Stav povrchu: Drsnosť, vrstva oxidu alebo povlak kovového povrchu ovplyvní rýchlosť absorpcie.
Teplota: Zmeny teploty zmenia elektronický stav vo vnútri kovu, čím ovplyvnia jeho absorpciu infračervených lúčov.
Infračervená vlnová dĺžka: Rôzne vlnové dĺžky infračervených lúčov majú rôzne absorpčné schopnosti pre kovy.
Zmeny za špecifických podmienok: Za určitých špecifických podmienok sa môže rýchlosť absorpcie infračervených lúčov kovmi výrazne zmeniť. Napríklad, keď je kovový povrch potiahnutý vrstvou špeciálneho materiálu, jeho schopnosť absorbovať infračervené lúče sa môže zvýšiť. Okrem toho zmeny v elektronickom stave kovov vo vysokoteplotnom prostredí môžu tiež viesť k zvýšeniu rýchlosti absorpcie.
Aplikačné oblasti: Infračervené absorpčné vlastnosti kovových zlúčenín majú dôležitú aplikačnú hodnotu v infračervenej technológii, tepelnom zobrazovaní a iných oblastiach. Napríklad riadením povlaku alebo teploty kovového povrchu je možné upraviť jeho absorpciu infračervených lúčov, čo umožňuje aplikácie pri meraní teploty, termovízii atď.
Experimentálne metódy a pozadie výskumu: Výskumníci určili mieru absorpcie infračervených lúčov kovmi prostredníctvom experimentálnych meraní a odborných štúdií. Tieto údaje sú dôležité pre pochopenie optických vlastností zlúčenín kovov a vývoj súvisiacich aplikácií.
Stručne povedané, infračervené absorpčné vlastnosti kovových zlúčenín sú ovplyvnené mnohými faktormi a môžu sa výrazne meniť za rôznych podmienok. Tieto vlastnosti sú široko používané v mnohých oblastiach.