Vad är principen bakom att metallföreningar absorberar infraröda strålar och vilka är dess påverkande faktorer?
Metallföreningar, inklusive sällsynta jordartsmetaller, spelar en avgörande roll i infraröd absorption. Som ledande inom sällsynta metaller och sällsynta jordartsmetaller,UrbanMines Tech. Co., Ltdbetjänar nästan 1/8 av världens kunder inom infraröd absorption. För att besvara våra kunders tekniska frågor 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 vibrationen i deras molekylstruktur och kemiska bindningar. Infrarödspektroskopi studerar molekylstrukturen genom att mäta övergången mellan intramolekylära vibrationer och rotationsenerginivåer. Vibrationen av kemiska bindningar i metallföreningar leder till infraröd absorption, särskilt metallorganiska bindningar i metallorganiska föreningar, vibrationen av många oorganiska bindningar och kristallramsvibrationen, som uppträder i olika områden av det infraröda spektrumet.
Prestanda hos 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. Den har olika infraröda absorptionshastigheter i det nära-infraröda och mellan-/fjärran-infraröda bandet och har använts i stor utsträckning inom infraröd kamouflage, fototermisk omvandling och andra områden under senare år.
(2). Kopparföreningar: Fosforhaltiga kopparföreningar fungerar bra bland infraröda absorbenter, vilket effektivt förhindrar svärtningsfenomenet orsakat av ultravioletta strålar och bibehåller utmärkta egenskaper för synligt ljusgenomsläpplighet och infraröda absorption stabilt under lång tid.
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 döljningen2.
(2). Fototermisk omvandling: MXene-material har låg emissionsegenskaper i mellan-/fjärranfraröda band, vilket är lämpligt för fototermisk omvandling och kan effektivt omvandla ljusenergi till värmeenergi.
(3). Fönstermaterial: Hartskompositioner som innehåller infraröda absorbenter används i fönstermaterial för att effektivt blockera infraröda strålar och förbättra energieffektiviteten.
Dessa tillämpningsfall visar metallföreningars mångfald och praktiska användbarhet inom infraröd absorption, särskilt deras viktiga roll inom modern vetenskap och industri.
2. Vilka metallföreningar kan absorbera infraröda strålar?
Metallföreningar som kan absorbera infraröda strålar inkluderarantimon-tennoxid (ATO), indiumtennoxid (ITO), aluminiumzinkoxid (AZO), volframtrioxid (WO3), järntetroxid (Fe3O4) och strontiumtitanat (SrTiO3).
2.1 Infraröda absorptionsegenskaper hos metallföreningar
Antimontennoxid (ATO): Den kan skydda nära infrarött ljus med en våglängd större än 1500 nm, men kan inte skydda ultraviolett ljus och infrarött ljus med en våglängd mindre än 1500 nm.
Indiumtennoxid (ITO): I likhet med ATO har den effekten att avskärma nära-infrarött ljus.
Zink-aluminiumoxid (AZO): Den har också funktionen att avskärma nära-infrarött ljus.
Volframtrioxid (WO3): Den har en lokaliserad ytplasmonresonanseffekt och en liten polaronabsorptionsmekanism, kan skydda infraröd strålning med en våglängd på 780-2500 nm och är giftfri och billig.
Fe3O4: Den har god infraröd absorption och termiska responsegenskaper 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 jordartsmetall som kan absorbera infraröda strålar. Erbiumfluorid har rosafärgade kristaller, en smältpunkt på 1350 °C, en kokpunkt på 2200 °C och en densitet på 7,814 g/cm³. Det används huvudsakligen i optiska beläggningar, fiberdopning, laserkristaller, enkristallråmaterial, laserförstärkare, katalysatortillsatser och andra områden.
2.2 Användning av metallföreningar i infraröda absorberande material
Dessa metallföreningar används ofta i infraröda absorptionsmaterial. Till exempel används ATO, ITO och AZO ofta i transparenta ledande, antistatiska, strålskyddande beläggningar 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 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 nanostorlekslantanborid absorbera infraröda strålar.Lantanhexaborid (LaB6)är ett material som används flitigt inom radar, flyg- och rymdindustrin, elektronikindustrin, instrumentering, medicinsk utrustning, metallurgi för hushållsapparater, miljöskydd och andra områden. I synnerhet är lantanhexaborid-enkristall ett material för tillverkning av högeffektselektronrör, magnetroner, elektronstrålar, jonstrålar och acceleratorkatoder.
Dessutom har nanoskalig lantanborid egenskapen att absorbera infraröda strålar. Det används i beläggningen på ytan av polyetenfilmark för att blockera infraröda strålar från solljus. Även om nanoskalig lantanborid absorberar infraröda strålar, absorberar den inte för mycket synligt ljus. Detta material kan förhindra att infraröda strålar tränger in i fönsterglas i varma klimat och kan mer effektivt utnyttja ljus- och värmeenergi i kalla klimat.
Sällsynta jordartsmetaller används flitigt inom många områden, inklusive militär, kärnenergi, högteknologi och dagliga konsumtionsvaror. 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 ett glastillsatsmedel för att absorbera ultravioletta och infraröda strålar.
Cerium, som glastillsats, kan absorbera ultravioletta och infraröda strålar och används nu i stor utsträckning i bilglas. Det skyddar inte bara mot ultravioletta strålar utan sänker även temperaturen inuti bilen, vilket sparar el för luftkonditionering. 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 påverkansfaktorerna 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 för infraröda strålar mellan 10 % och 50 % vid rumstemperatur. Till exempel är absorptionshastigheten för en ren aluminiumyta till infraröda strålar vid rumstemperatur cirka 12 %, medan absorptionshastigheten för en grov kopparyta kan nå cirka 40 %.
3.2 Egenskaper och påverkande faktorer för infraröd absorption av metallföreningar:
Metalltyper: Olika metaller har olika atomstrukturer och elektronarrangemang, vilket resulterar i deras olika absorptionsförmåga för infraröda strålar.
Ytbeskaffenhet: Metallytans grovhet, oxidskikt eller beläggning påverkar absorptionshastigheten.
Temperatur: Temperaturförändringar förändrar det elektroniska tillståndet inuti metallen, vilket påverkar dess absorption av infraröda strålar.
Infraröd våglängd: Olika våglängder av 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 ett speciellt material, kan dess förmåga att absorbera infraröda strålar förbättras. Dessutom kan förändringar i metallers elektroniska tillstånd i högtemperaturmiljöer också leda till en ökning av absorptionshastigheten.
Användningsområden: Metallföreningars infraröda absorptionsegenskaper har ett viktigt tillämpningsvärde inom infraröd teknik, värmeavbildning och andra områden. Genom att till exempel 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 tillämpningar.
Sammanfattningsvis påverkas metallföreningars infraröda absorptionsegenskaper av många faktorer och kan förändras avsevärt under olika förhållanden. Dessa egenskaper används i stor utsträckning inom många områden.