Vad är principen för metallföreningar som absorberar infraröda strålar och vilka är dess påverkande faktorer?
Metallföreningar, inklusive sällsynta jordartsmetaller, spelar en avgörande roll för infraröd absorption. Som ledare inom sällsynta metaller och sällsynta jordartsmetaller,UrbanMines Tech. Co., Ltd. betjänar nästan 1/8 av världens kunder för infraröd absorption. För att ta itu med våra kunders tekniska förfrågningar i denna fråga har vårt företags forsknings- och utvecklingscenter sammanställt den här artikeln för att ge svar
1. Principen och egenskaperna för infraröd absorption av metallföreningar
Principen för infraröd absorption av metallföreningar är huvudsakligen baserad på vibrationer av deras molekylära struktur och kemiska bindningar. Infraröd spektroskopi studerar molekylär struktur genom att mäta övergången av intramolekylära vibrationer och rotationsenerginivåer. Vibrationen av kemiska bindningar i metallföreningar kommer att leda till infraröd absorption, särskilt metallorganiska bindningar i metallorganiska föreningar, vibrationen av många oorganiska bindningar och kristallramsvibrationen, som kommer att uppträda i olika regioner av det infraröda spektrumet.
Prestanda för olika metallföreningar i infraröda spektra:
(1). MXene-material: MXene är en tvådimensionell övergångsmetall-kol/kväveförening med rika komponenter, metallisk ledningsförmåga, en stor specifik yta och en aktiv yta. Det har olika infraröda absorptionshastigheter i det nära-infraröda och mitt-/fjärr-infraröda bandet och har använts i stor utsträckning inom infraröd kamouflage, fototermisk konvertering och andra områden under de senaste åren.
(2).Kopparföreningar: Fosforinnehållande kopparföreningar fungerar bra bland infrarödabsorbenter, förhindrar effektivt svärtningsfenomenet som orsakas av ultravioletta strålar och bibehåller utmärkta egenskaper för synligt ljus och infraröd absorption stabilt under lång tid3.
Praktiska tillämpningsfall
(1).Infrarött kamouflage: MXene-material används ofta i infrarött kamouflage på grund av deras utmärkta infraröda absorptionsegenskaper. De kan effektivt minska målets infraröda egenskaper och förbättra döljandet2.
(2).Fototermisk omvandling: MXene-material har låga emissionsegenskaper i mellan- och fjärrinfraröda band, som är lämpliga för fototermiska konverteringstillämpningar och kan effektivt omvandla ljusenergi till värmeenergi2.
(3). Fönstermaterial: Hartskompositioner som innehåller infrarödabsorbenter används i fönstermaterial för att effektivt blockera infraröda strålar och förbättra energieffektiviteten 3.
Dessa applikationsfall visar mångfalden och användbarheten hos metallföreningar i infraröd absorption, särskilt deras viktiga roll i modern vetenskap och industri.
2. Vilka metallföreningar kan absorbera infraröda strålar?
Metallföreningar som kan absorbera infraröda strålar inkluderarantimon tennoxid (ATO), indium tennoxid (ITO), aluminiumzinkoxid (AZO), volframtrioxid (WO3), järntetroxid (Fe3O4) och strontiumtitanat (SrTiO3).
2.1 Infraröda absorptionsegenskaper hos metallföreningar
Antimonytennoxid (ATO): Den kan skydda nära-infrarött ljus med en våglängd som är större än 1500 nm, men kan inte skydda ultraviolett ljus och infrarött ljus med en våglängd mindre än 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): I likhet med ATO har den effekten att skydda nära-infrarött ljus.
Zinkaluminiumoxid (AZO): Den har också funktionen att skydda nära-infrarött ljus.
Volframtrioxid (WO3): Den har en lokaliserad ytplasmonresonanseffekt och liten polaronabsorptionsmekanism, kan skydda infraröd strålning med en våglängd på 780-2500 nm och är giftfri och billig.
Fe3O4: Den har goda egenskaper för infraröd absorption och termisk respons och används ofta i infraröda sensorer och detektorer.
Strontiumtitanat (SrTiO3): har utmärkt infraröd absorption och optiska egenskaper, lämplig för infraröda sensorer och detektorer.
Erbiumfluorid (ErF3): är en sällsynt jordartsmetallförening som kan absorbera infraröda strålar. Erbiumfluorid har rosafärgade kristaller, en smältpunkt på 1350°C, en kokpunkt på 2200°C och en densitet på 7,814g/cm³. Det används främst i optiska beläggningar, fiberdopning, laserkristaller, enkristallråmaterial, laserförstärkare, katalysatortillsatser och andra områden.
2.2 Applicering av metallföreningar i infrarödabsorberande material
Dessa metallföreningar används i stor utsträckning i infraröda absorptionsmaterial. Till exempel används ATO, ITO och AZO ofta i transparenta ledande, antistatiska, strålskyddsbeläggningar och transparenta elektroder; WO3 används ofta i olika värmeisolerings-, absorptions- och reflektionsinfraröda material på grund av dess utmärkta nära-infraröda skärmningsprestanda och giftfria egenskaper. Dessa metallföreningar spelar en viktig roll inom området för infraröd teknik på grund av deras unika infraröda absorptionsegenskaper.
2.3 Vilka sällsynta jordartsmetaller kan absorbera infraröda strålar?
Bland de sällsynta jordartsmetallerna kan lantanhexaborid och lantanborid i nanostorlek absorbera infraröda strålar.Lantanhexaborid (LaB6)är ett material som används i stor utsträckning inom radar, rymd, elektronikindustri, instrumentering, medicinsk utrustning, metallurgi för hushållsapparater, miljöskydd och andra områden. I synnerhet är lantanhexaborid enkristall ett material för tillverkning av högeffektelektronrör, magnetroner, elektronstrålar, jonstrålar och acceleratorkatoder.
Dessutom har lantanborid i nanoskala också egenskapen att absorbera infraröda strålar. Det används i beläggningen på ytan av polyetenfilmskivor för att blockera infraröda strålar från solljus. Medan den absorberar infraröda strålar absorberar lantanborid i nanoskala inte för mycket synligt ljus. Detta material kan förhindra att infraröda strålar kommer in i fönsterglas i varma klimat, och kan mer effektivt utnyttja ljus och värmeenergi i kalla klimat.
Sällsynta jordartsmetaller används i stor utsträckning inom många områden, inklusive militär, kärnenergi, högteknologi och dagliga konsumentprodukter. Till exempel används lantan för att förbättra den taktiska prestandan hos legeringar i vapen och utrustning, gadolinium och dess isotoper används som neutronabsorbenter inom kärnenergiområdet, och cerium används som glastillsats för att absorbera ultravioletta och infraröda strålar.
Cerium, som glastillsats, kan absorbera ultravioletta och infraröda strålar och används nu flitigt i bilglas. Det skyddar inte bara mot ultravioletta strålar utan minskar också temperaturen inne i bilen och sparar på så sätt el till luftkonditioneringen. Sedan 1997 har japanskt bilglas tillsatts med ceriumoxid, och det användes i bilar 1996.
3. Egenskaper och påverkande faktorer för infraröd absorption av metallföreningar
3.1 Egenskaperna och påverkande faktorerna för infraröd absorption av metallföreningar inkluderar huvudsakligen följande aspekter:
Absorptionshastighetsområde: Absorptionshastigheten för metallföreningar till infraröda strålar varierar beroende på faktorer som metalltyp, yttillstånd, temperatur och våglängd för infraröda strålar. Vanliga metaller som aluminium, koppar och järn har vanligtvis en absorptionshastighet av infraröda strålar mellan 10 % och 50 % vid rumstemperatur. Till exempel är absorptionshastigheten för ren aluminiumyta till infraröda strålar vid rumstemperatur cirka 12 %, medan absorptionshastigheten för grov kopparyta kan nå cirka 40 %.
3.2 Egenskaper och påverkande faktorer för infraröd absorption av metallföreningar:
Typer av metaller: Olika metaller har olika atomstruktur och elektronarrangemang, vilket resulterar i deras olika absorptionsförmåga för infraröda strålar.
Ytans tillstånd: Råheten, oxidskiktet eller beläggningen på metallytan kommer att påverka absorptionshastigheten.
Temperatur: Temperaturförändringar kommer att ändra det elektroniska tillståndet inuti metallen, vilket påverkar dess absorption av infraröda strålar.
Infraröd våglängd: Olika våglängder för infraröda strålar har olika absorptionsförmåga för metaller.
Förändringar under specifika förhållanden: Under vissa specifika förhållanden kan absorptionshastigheten för infraröda strålar av metaller förändras avsevärt. Till exempel, när en metallyta är belagd med ett lager av speciellt material, kan dess förmåga att absorbera infraröda strålar förbättras. Dessutom kan förändringar i det elektroniska tillståndet hos metaller i högtemperaturmiljöer också leda till en ökning av absorptionshastigheten.
Tillämpningsområden: De infraröda absorptionsegenskaperna hos metallföreningar har ett viktigt applikationsvärde inom infraröd teknik, värmeavbildning och andra områden. Till exempel, genom att kontrollera beläggningen eller temperaturen på en metallyta, kan dess absorption av infraröda strålar justeras, vilket möjliggör tillämpningar inom temperaturmätning, värmeavbildning, etc.
Experimentella metoder och forskningsbakgrund: Forskare fastställde absorptionshastigheten för infraröda strålar av metaller genom experimentella mätningar och professionella studier. Dessa data är viktiga för att förstå de optiska egenskaperna hos metallföreningar och utveckla relaterade applikationer.
Sammanfattningsvis påverkas metallföreningarnas infraröda absorptionsegenskaper av många faktorer och kan förändras avsevärt under olika förhållanden. Dessa egenskaper används i stor utsträckning inom många områden.