Kakšen je princip absorpcije kovinskih spojin infrardečih žarkov in kakšni so dejavniki, ki vplivajo na to?
Kovinske spojine, vključno s spojinami redkih zemelj, igrajo ključno vlogo pri infrardeči absorpciji. Kot vodilni na področju spojin redkih kovin in redkih zemelj,UrbanMines Tech. Co., Ltd. služi skoraj 1/8 svetovnih strank za infrardečo absorpcijo. Da bi odgovorili na tehnična vprašanja naših strank o tej zadevi, je center za raziskave in razvoj našega podjetja zbral ta članek, ki ponuja odgovore
1. Načelo in značilnosti infrardeče absorpcije kovinskih spojin
Načelo infrardeče absorpcije kovinskih spojin temelji predvsem na vibracijah njihove molekularne strukture in kemičnih vezi. Infrardeča spektroskopija proučuje molekularno strukturo z merjenjem prehoda intramolekularnih vibracij in ravni rotacijske energije. Vibracije kemičnih vezi v kovinskih spojinah bodo povzročile infrardečo absorpcijo, zlasti kovinsko-organske vezi v kovinsko-organskih spojinah, vibracije številnih anorganskih vezi in vibracije kristalnega okvirja, ki se bodo pojavile v različnih regijah infrardečega spektra.
Delovanje različnih kovinskih spojin v infrardečih spektrih:
(1). Material MXene: MXene je dvodimenzionalna prehodna spojina kovina-ogljik/dušik z bogatimi komponentami, kovinsko prevodnostjo, veliko specifično površino in aktivno površino. Ima različne stopnje infrardeče absorpcije v bližnjem infrardečem in srednjem/daljnem infrardečem pasu in se v zadnjih letih pogosto uporablja v infrardeči kamuflaži, fototermični pretvorbi in na drugih področjih.
(2).Bakrove spojine : Bakrove spojine, ki vsebujejo fosfor, se dobro obnesejo med infrardečimi absorberji, saj učinkovito preprečujejo pojav črnitve, ki ga povzročajo ultravijolični žarki, ter ohranjajo odlično prepustnost vidne svetlobe in lastnosti infrardeče absorpcije dolgo časa3.
Primeri praktične uporabe
(1).Infrardeča kamuflaža: materiali MXene se pogosto uporabljajo v infrardeči kamuflaži zaradi svojih odličnih lastnosti absorpcije infrardečih žarkov. Lahko učinkovito zmanjšajo infrardeče lastnosti tarče in izboljšajo prikrivanje2.
(2).Fototermična pretvorba : materiali MXene imajo nizke emisije v srednjem/daljnem infrardečem pasu, ki so primerni za aplikacije fototermične pretvorbe in lahko učinkovito pretvorijo svetlobno energijo v toplotno energijo2.
(3). Materiali za okna: Smolne sestavke, ki vsebujejo infrardeče absorberje, se uporabljajo v materialih za okna za učinkovito blokiranje infrardečih žarkov in izboljšanje energetske učinkovitosti 3.
Ti primeri uporabe prikazujejo raznolikost in praktičnost kovinskih spojin pri infrardeči absorpciji, zlasti njihovo pomembno vlogo v sodobni znanosti in industriji.
2.Katere kovinske spojine lahko absorbirajo infrardeče žarke?
Kovinske spojine, ki lahko absorbirajo infrardeče žarke, vključujejoantimonov kositrov oksid (ATO), indijev kositrov oksid (ITO), aluminijev cinkov oksid (AZO), volframov trioksid (WO3), železov tetroksid (Fe3O4) in stroncijev titanat (SrTiO3).
2.1 Infrardeče absorpcijske lastnosti kovinskih spojin
Antimonov kositrov oksid (ATO): lahko zaščiti bližnjo infrardečo svetlobo z valovno dolžino, večjo od 1500 nm, ne more pa zaščititi ultravijolične svetlobe in infrardeče svetlobe z valovno dolžino, manjšo od 1500 nm.
Indijev kositrov oksid (ITO): Podobno kot ATO ima učinek zaščite skoraj infrardeče svetlobe.
Cinkov aluminijev oksid (AZO): Ima tudi funkcijo zaščite bližnje infrardeče svetlobe.
Volframov trioksid (WO3): ima lokaliziran učinek površinske plazmonske resonance in majhen polaronski absorpcijski mehanizem, lahko zaščiti infrardeče sevanje z valovno dolžino 780–2500 nm ter je netoksičen in poceni.
Fe3O4: ima dobro infrardečo absorpcijo in lastnosti toplotnega odziva ter se pogosto uporablja v infrardečih senzorjih in detektorjih.
Stroncijev titanat (SrTiO3): ima odlično infrardečo absorpcijo in optične lastnosti, primeren za infrardeče senzorje in detektorje.
Erbijev fluorid (ErF3) : je spojina redkih zemelj, ki lahko absorbira infrardeče žarke. Erbijev fluorid ima rožnate kristale, tališče 1350 °C, vrelišče 2200 °C in gostoto 7,814 g/cm³. Uporablja se predvsem v optičnih prevlekah, dopiranju vlaken, laserskih kristalih, monokristalnih surovinah, laserskih ojačevalnikih, dodatkih za katalizatorje in na drugih področjih.
2.2 Uporaba kovinskih spojin v materialih, ki absorbirajo infrardeče žarke
Te kovinske spojine se pogosto uporabljajo v infrardečih absorpcijskih materialih. Na primer, ATO, ITO in AZO se pogosto uporabljajo v prozornih prevodnih, antistatičnih prevlekah za zaščito pred sevanjem in prozornih elektrodah; WO3 se pogosto uporablja v različnih toplotnoizolacijskih, absorpcijskih in odbojnih infrardečih materialih zaradi svoje odlične učinkovitosti zaščite v bližini infrardečega sevanja in nestrupenih lastnosti. Te kovinske spojine igrajo pomembno vlogo na področju infrardeče tehnologije zaradi svojih edinstvenih lastnosti infrardeče absorpcije.
2.3 Katere spojine redkih zemelj lahko absorbirajo infrardeče žarke?
Med redkozemeljskimi elementi lahko lantanov heksaborid in lantanov borid v nano velikosti absorbirata infrardeče žarke.Lantanov heksaborid (LaB6)je material, ki se pogosto uporablja v radarski, vesoljski, elektronski industriji, instrumentaciji, medicinski opremi, metalurgiji gospodinjskih aparatov, varstvu okolja in na drugih področjih. Zlasti monokristal lantanovega heksaborida je material za izdelavo visokozmogljivih elektronskih cevi, magnetronov, elektronskih žarkov, ionskih žarkov in pospeševalnih katod.
Poleg tega ima lantanov borid v nano merilu tudi lastnost absorbiranja infrardečih žarkov. Uporablja se v premazu na površini polietilenskih folij za blokiranje infrardečih žarkov pred sončno svetlobo. Medtem ko absorbira infrardeče žarke, lantanov borid v nano merilu ne absorbira preveč vidne svetlobe. Ta material lahko prepreči infrardečim žarkom vstop v okensko steklo v vročih podnebjih in lahko učinkoviteje izkoristi svetlobno in toplotno energijo v hladnih podnebjih.
Elementi redkih zemelj se pogosto uporabljajo na številnih področjih, vključno z vojsko, jedrsko energijo, visoko tehnologijo in vsakodnevnimi potrošniškimi izdelki. Na primer, lantan se uporablja za izboljšanje taktične učinkovitosti zlitin v orožju in opremi, gadolinij in njegovi izotopi se uporabljajo kot absorberji nevtronov na področju jedrske energije, cerij pa se uporablja kot dodatek steklu za absorbiranje ultravijoličnih in infrardečih žarkov.
Cerij kot dodatek steklu lahko absorbira ultravijolične in infrardeče žarke in se zdaj pogosto uporablja v avtomobilskem steklu. Ne ščiti le pred ultravijoličnimi žarki, ampak tudi znižuje temperaturo v avtomobilu in tako prihrani elektriko za klimatsko napravo. Od leta 1997 japonskemu avtomobilskemu steklu dodajajo cerijev oksid, ki je bil uporabljen v avtomobilih leta 1996.
3. Lastnosti in vplivni dejavniki infrardeče absorpcije kovinskih spojin
3.1 Lastnosti in vplivni dejavniki infrardeče absorpcije kovinskih spojin vključujejo predvsem naslednje vidike:
Razpon stopnje absorpcije: Stopnja absorpcije kovinskih spojin v infrardečih žarkih se spreminja glede na dejavnike, kot so vrsta kovine, stanje površine, temperatura in valovna dolžina infrardečih žarkov. Navadne kovine, kot so aluminij, baker in železo, imajo običajno stopnjo absorpcije infrardečih žarkov med 10 % in 50 % pri sobni temperaturi. Na primer, stopnja absorpcije površine čistega aluminija za infrardeče žarke pri sobni temperaturi je približno 12 %, medtem ko lahko stopnja absorpcije grobe bakrene površine doseže približno 40 %.
3.2 Lastnosti in dejavniki vpliva na infrardečo absorpcijo kovinskih spojin:
Vrste kovin: Različne kovine imajo različne atomske strukture in razporeditve elektronov, zaradi česar imajo različne absorpcijske sposobnosti za infrardeče žarke.
Stanje površine: Hrapavost, oksidna plast ali prevleka kovinske površine bo vplivala na stopnjo absorpcije.
Temperatura: temperaturne spremembe bodo spremenile elektronsko stanje v kovini in s tem vplivale na njeno absorpcijo infrardečih žarkov.
Infrardeča valovna dolžina: Različne valovne dolžine infrardečih žarkov imajo različne absorpcijske sposobnosti za kovine.
Spremembe pod posebnimi pogoji: Pod določenimi posebnimi pogoji se lahko stopnja absorpcije infrardečih žarkov s kovinami znatno spremeni. Na primer, ko je kovinska površina prevlečena s plastjo posebnega materiala, se lahko poveča njena sposobnost absorbiranja infrardečih žarkov. Poleg tega lahko spremembe v elektronskem stanju kovin v okoljih z visoko temperaturo povzročijo tudi povečanje stopnje absorpcije.
Področja uporabe: Infrardeče absorpcijske lastnosti kovinskih spojin imajo pomembno uporabno vrednost v infrardeči tehnologiji, termičnem slikanju in drugih področjih. Na primer, z nadzorovanjem prevleke ali temperature kovinske površine je mogoče prilagoditi njeno absorpcijo infrardečih žarkov, kar omogoča uporabo pri merjenju temperature, termičnem slikanju itd.
Eksperimentalne metode in ozadje raziskav: Raziskovalci so s pomočjo eksperimentalnih meritev in strokovnih študij določili stopnjo absorpcije infrardečih žarkov v kovinah. Ti podatki so pomembni za razumevanje optičnih lastnosti kovinskih spojin in razvoj povezanih aplikacij.
Če povzamemo, na infrardeče absorpcijske lastnosti kovinskih spojin vplivajo številni dejavniki in se lahko v različnih pogojih znatno spremenijo. Te lastnosti se pogosto uporabljajo na številnih področjih.