Kakšno je načelo absorpcije infrardečih žarkov kovinskih spojin in kateri dejavniki vplivajo na to?
Kovinske spojine, vključno z redkozemeljskimi spojinami, igrajo ključno vlogo pri absorpciji infrardečega sevanja. Kot vodilni proizvajalec redkih kovin in redkozemeljskih spojin,UrbanMines Tech. Co., Ltd.... oskrbuje 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 sestavil ta članek, ki ponuja odgovore.
1. Načelo in značilnosti absorpcije infrardeče svetlobe s strani kovinskih spojin
Načelo absorpcije infrardeče svetlobe kovinskih spojin temelji predvsem na vibracijah njihove molekularne strukture in kemijskih vezi. Infrardeča spektroskopija preučuje molekularno strukturo z merjenjem prehoda intramolekularnih vibracij in rotacijskih energijskih nivojev. Vibracije kemijskih vezi v kovinskih spojinah vodijo do absorpcije infrardeče svetlobe, zlasti kovinsko-organskih vezi v kovinsko-organskih spojinah, vibracij mnogih anorganskih vezi in vibracij kristalnega ogrodja, ki se pojavljajo v različnih območjih infrardečega spektra.
Učinkovitost različnih kovinskih spojin v infrardečih spektrih:
(1). Material MXene: MXene je dvodimenzionalna spojina prehodne kovine, ogljika in dušika z bogatimi komponentami, kovinsko prevodnostjo, veliko specifično površino in aktivno površino. Ima različne stopnje absorpcije infrardečega sevanja v bližnjem in srednjem/daljnjem 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 črnjenja, ki ga povzročajo ultravijolični žarki, in dolgo časa stabilno ohranjajo odlično prepustnost vidne svetlobe in lastnosti absorpcije infrardeče svetlobe3.
Praktični primeri uporabe
(1).Infrardeča kamuflaža: Materiali MXene se zaradi svojih odličnih lastnosti absorpcije infrardečega sevanja pogosto uporabljajo v infrardeči kamuflaži. Učinkovito lahko zmanjšajo infrardeče značilnosti cilja in izboljšajo prikritost2.
(2).Fototermična pretvorba: Materiali MXene imajo nizke emisijske lastnosti v srednjem/daljnem infrardečem pasu, kar je primerno za uporabo pri fototermični pretvorbi in lahko učinkovito pretvarjajo svetlobno energijo v toplotno energijo2.
(3). Materiali za okna: V materialih za okna se uporabljajo smolne sestave, ki vsebujejo infrardeče absorberje, za učinkovito blokiranje infrardečih žarkov in izboljšanje energetske učinkovitosti 3.
Ti primeri uporabe prikazujejo raznolikost in praktičnost kovinskih spojin pri absorpciji infrardeče svetlobe, 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 in infrardeče svetlobe z valovno dolžino manjšo od 1500 nm.
Indijev kositrov oksid (ITO): Podobno kot ATO ima učinek zaščite pred bližnjo infrardečo svetlobo.
Cinkov aluminijev oksid (AZO): Ima tudi funkcijo zaščite pred bližnjo infrardečo svetlobo.
Volframov trioksid (WO3): Ima lokaliziran učinek površinske plazmonske resonance in majhen mehanizem absorpcije polaronov, lahko zaščiti infrardeče sevanje z valovno dolžino 780–2500 nm ter je nestrupen in poceni.
Fe3O4: Ima dobre lastnosti absorpcije infrardečega sevanja in toplotnega odziva ter se pogosto uporablja v infrardečih senzorjih in detektorjih.
Stroncijev titanat (SrTiO3): ima odlične infrardeče absorpcijske in optične lastnosti, primeren za infrardeče senzorje in detektorje.
Erbijev fluorid (ErF3): je redka zemeljska spojina, 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 premazih, dopiranju vlaken, laserskih kristalih, surovinah za monokristale, laserskih ojačevalnikih, katalitičnih dodatkih in na drugih področjih.
2.2 Uporaba kovinskih spojin v materialih, ki absorbirajo infrardeče sevanje
Te kovinske spojine se pogosto uporabljajo v materialih za absorpcijo infrardeče svetlobe. Na primer, ATO, ITO in AZO se pogosto uporabljajo v prozornih prevodnih, antistatičnih, sevalno zaščitnih premazih in prozornih elektrodah; WO3 se zaradi odlične zaščite pred bližnjim infrardečim sevanjem in nestrupenih lastnosti pogosto uporablja v različnih toplotnoizolacijskih, absorpcijskih in refleksijskih infrardečih materialih. Te kovinske spojine igrajo pomembno vlogo na področju infrardeče tehnologije zaradi svojih edinstvenih lastnosti absorpcije infrardeče svetlobe.
2.3 Katere redkozemeljske spojine lahko absorbirajo infrardeče žarke?
Med redkozemeljskimi elementi lahko lantanov heksaborid in nanodelci lantanovega borida absorbirajo 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 drugih področjih. Zlasti monokristal lantanovega heksaborida je material za izdelavo visokozmogljivih elektronskih cevi, magnetronov, elektronskih žarkov, ionskih žarkov in pospeševalnih katod.
Poleg tega ima nano-lantanov borid tudi lastnost absorbiranja infrardečih žarkov. Uporablja se v premazu na površini polietilenskih folij za blokiranje infrardečih žarkov sončne svetlobe. Čeprav absorbira infrardeče žarke, nano-lantanov borid ne absorbira preveč vidne svetlobe. Ta material lahko prepreči vstop infrardečih žarkov v okensko steklo v vročem podnebju in lahko učinkoviteje izkorišča svetlobno in toplotno energijo v hladnem podnebju.
Redkozemeljski elementi se pogosto uporabljajo na številnih področjih, vključno z vojsko, jedrsko energijo, visoko tehnologijo in vsakodnevnimi potrošniškimi izdelki. Lantan se na primer 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 kot dodatek steklu za absorpcijo ultravijoličnih in infrardečih žarkov.
Cerij kot dodatek za steklo lahko absorbira ultravijolične in infrardeče žarke in se zdaj pogosto uporablja v avtomobilskem steklu. Ne le ščiti pred ultravijoličnimi žarki, ampak tudi znižuje temperaturo v avtomobilu in s tem prihrani elektriko za klimatsko napravo. Od leta 1997 se japonskemu avtomobilskemu steklu dodaja cerijev oksid, v avtomobilih pa se je začel uporabljati leta 1996.
3. Lastnosti in vplivni dejavniki absorpcije infrardečega sevanja s strani kovinskih spojin
3.1 Lastnosti in vplivni dejavniki absorpcije infrardeče svetlobe s strani kovinskih spojin vključujejo predvsem naslednje vidike:
Območje absorpcijske stopnje: Stopnja absorpcije infrardečih žarkov kovinskih spojin se razlikuje glede na dejavnike, kot so vrsta kovine, stanje površine, temperatura in valovna dolžina infrardečih žarkov. Običajne kovine, kot so aluminij, baker in železo, imajo običajno stopnjo absorpcije infrardečih žarkov med 10 % in 50 % pri sobni temperaturi. Na primer, stopnja absorpcije infrardečih žarkov na površini čistega aluminija pri sobni temperaturi je približno 12 %, medtem ko lahko stopnja absorpcije na hrapavi bakreni površini doseže približno 40 %.
3.2 Lastnosti in vplivni dejavniki absorpcije infrardečega sevanja s strani kovinskih spojin:
Vrste kovin: Različne kovine imajo različne atomske strukture in razporeditev elektronov, kar ima za posledico njihove različne absorpcijske sposobnosti za infrardeče žarke.
Stanje površine: Hrapavost, oksidna plast ali premaz kovinske površine bodo vplivali na hitrost absorpcije.
Temperatura: Temperaturne spremembe bodo spremenile elektronsko stanje znotraj kovine 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 določenimi pogoji: Pod določenimi pogoji se lahko stopnja absorpcije infrardečih žarkov s strani kovin znatno spremeni. Na primer, ko je kovinska površina prevlečena s plastjo posebnega materiala, se lahko njena sposobnost absorpcije infrardečih žarkov poveča. Poleg tega lahko spremembe elektronskega stanja kovin v visokotemperaturnih okoljih povzročijo tudi povečanje stopnje absorpcije.
Področja uporabe: Lastnosti absorpcije infrardečih žarkov kovinskih spojin imajo pomembno uporabno vrednost v infrardeči tehnologiji, termoviziji in drugih področjih. Na primer, z nadzorom prevleke ali temperature kovinske površine je mogoče prilagoditi njeno absorpcijo infrardečih žarkov, kar omogoča uporabo pri merjenju temperature, termoviziji itd.
Eksperimentalne metode in raziskovalno ozadje: Raziskovalci so z eksperimentalnimi meritvami in strokovnimi študijami določili stopnjo absorpcije infrardečih žarkov s strani kovin. Ti podatki so pomembni za razumevanje optičnih lastnosti kovinskih spojin in razvoj sorodnih aplikacij.
Skratka, na infrardeče absorpcijske lastnosti kovinskih spojin vpliva veliko dejavnikov in se lahko pod različnimi pogoji bistveno spremenijo. Te lastnosti se pogosto uporabljajo na številnih področjih.