Який принцип поглинання інфрачервоних променів сполуками металів і які фактори на це впливають?
Сполуки металів, у тому числі рідкоземельні, відіграють вирішальну роль у поглинанні інфрачервоного випромінювання. Як лідер у виробництві рідкісних металів і рідкоземельних сполук,UrbanMines Tech. Co., Ltd. обслуговує майже 1/8 світових споживачів інфрачервоного поглинання. Щоб відповісти на технічні запити наших клієнтів з цього питання, центр досліджень і розробок нашої компанії склав цю статтю, щоб надати відповіді
1. Принцип і особливості поглинання інфрачервоного випромінювання сполуками металів
Принцип поглинання інфрачервоного випромінювання сполуками металів в основному базується на вібрації їх молекулярної структури та хімічних зв’язків. Інфрачервона спектроскопія вивчає молекулярну структуру шляхом вимірювання переходів внутрішньомолекулярних коливань і рівнів обертальної енергії. Вібрація хімічних зв’язків у металевих сполуках призведе до поглинання інфрачервоного випромінювання, особливо металоорганічних зв’язків у металоорганічних сполуках, вібрації багатьох неорганічних зв’язків і вібрації кристалічного каркаса, які з’являться в різних областях інфрачервоного спектра.
Ефективність різних металевих сполук в інфрачервоному спектрі:
(1). Матеріал MXene: MXene — це двовимірна сполука перехідного металу, вуглецю/азоту з багатим вмістом компонентів, металевою провідністю, великою питомою поверхнею та активною поверхнею. Він має різні показники поглинання інфрачервоного випромінювання в ближньому інфрачервоному та середньому/дальньому інфрачервоному діапазонах і широко використовується в інфрачервоному камуфляжі, фототермічному перетворенні та в інших сферах в останні роки.
(2).Сполуки міді: сполуки міді, що містять фосфор, добре працюють серед поглиначів інфрачервоного випромінювання, ефективно запобігаючи потемнінню, спричиненому ультрафіолетовими променями, і стабільно зберігаючи чудові властивості пропускання видимого світла та поглинання інфрачервоного випромінювання3.
Практичні випадки застосування
(1).Інфрачервоний камуфляж: матеріали MXene широко використовуються в інфрачервоному камуфляжі завдяки своїм чудовим властивостям поглинання інфрачервоного випромінювання. Вони можуть ефективно зменшити інфрачервоні характеристики цілі та покращити маскування2.
(2).Фототермічна конверсія : матеріали MXene мають низькі характеристики випромінювання в середньому/дальньому інфрачервоному діапазонах, які підходять для фототермічної конверсії та можуть ефективно перетворювати світлову енергію в теплову енергію2.
(3). Віконні матеріали: смоляні композиції, що містять інфрачервоні поглиначі, використовуються у віконних матеріалах для ефективного блокування інфрачервоних променів і підвищення енергоефективності 3.
Ці випадки застосування демонструють різноманітність і практичність сполук металів у інфрачервоному поглинанні, особливо їх важливу роль у сучасній науці та промисловості.
2. Сполуки яких металів можуть поглинати інфрачервоні промені?
Сполуки металів, які можуть поглинати інфрачервоні промені, включаютьоксид олова сурми (ATO), оксид індію олова (ITO), оксид алюмінію цинку (AZO), триоксид вольфраму (WO3), чотириокис заліза (Fe3O4) і титанат стронцію (SrTiO3).
2.1 Характеристики інфрачервоного поглинання сполук металів
Оксид сурми-олова (ATO): він може екранувати ближнє інфрачервоне світло з довжиною хвилі понад 1500 нм, але не може екранувати ультрафіолетове світло та інфрачервоне світло з довжиною хвилі менше 1500 нм.
Оксид олова індія (ITO): Подібно до ATO, він має ефект екранування ближнього інфрачервоного світла.
Оксид алюмінію цинку (AZO): він також має функцію екранування ближнього інфрачервоного світла.
Триоксид вольфраму (WO3): він має локалізований ефект поверхневого плазмонного резонансу та малий механізм поглинання поляронів, може екранувати інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі 780-2500 нм, нетоксичний і недорогий.
Fe3O4: він має хороші властивості поглинання інфрачервоного випромінювання та теплового відгуку та часто використовується в інфрачервоних датчиках і детекторах.
Титанат стронцію (SrTiO3): має відмінне поглинання інфрачервоного випромінювання та оптичні властивості, підходить для інфрачервоних датчиків і детекторів.
Фторид ербію (ErF3): рідкоземельна сполука, здатна поглинати інфрачервоні промені. Фторид ербію має кристали рожевого кольору, температуру плавлення 1350 °C, температуру кипіння 2200 °C і щільність 7,814 г/см³. Він в основному використовується в оптичних покриттях, легуванні волокон, лазерних кристалах, монокристалічній сировині, лазерних підсилювачах, добавках до каталізаторів та інших областях.
2.2 Застосування сполук металів у матеріалах, що поглинають інфрачервоне випромінювання
Ці сполуки металів широко використовуються в матеріалах, що поглинають інфрачервоне випромінювання. Наприклад, ATO, ITO і AZO часто використовуються в прозорих електропровідних, антистатичних покриттях і прозорих електродах; WO3 широко використовується в різних теплоізоляційних, поглинаючих і відбиваючих інфрачервоних матеріалах завдяки своїм чудовим характеристикам екранування в ближньому інфрачервоному діапазоні та нетоксичним властивостям. Ці сполуки металів відіграють важливу роль у сфері інфрачервоних технологій завдяки своїм унікальним характеристикам поглинання інфрачервоного випромінювання.
2.3 Які рідкоземельні сполуки можуть поглинати інфрачервоні промені?
Серед рідкоземельних елементів гексаборид лантану та борид лантану нанорозміру можуть поглинати інфрачервоні промені.Гексаборид лантану (LaB6)це матеріал, який широко використовується в радіолокації, аерокосмічній промисловості, електронній промисловості, приладобудуванні, медичному обладнанні, металургії побутової техніки, охороні навколишнього середовища та інших галузях. Зокрема, монокристал гексабориду лантану є матеріалом для виготовлення потужних електронних трубок, магнетронів, електронних пучків, іонних пучків, катодів прискорювачів.
Крім того, нанорозмірний борид лантану також має властивість поглинати інфрачервоні промені. Використовується в покритті на поверхні листів поліетиленової плівки для блокування інфрачервоних променів сонячного світла. Поглинаючи інфрачервоні промені, нанорозмірний борид лантану не поглинає надто багато видимого світла. Цей матеріал може запобігти проникненню інфрачервоних променів у віконне скло в жаркому кліматі та може більш ефективно використовувати світлову та теплову енергію в холодному кліматі.
Рідкоземельні елементи широко використовуються в багатьох галузях, включаючи військову, ядерну енергетику, високі технології та споживчі товари. Наприклад, лантан використовується для поліпшення тактичних характеристик сплавів у озброєнні та техніці, гадоліній та його ізотопи використовуються як поглиначі нейтронів у сфері ядерної енергетики, а церій використовується як добавка до скла для поглинання ультрафіолетових та інфрачервоних променів.
Церій, як добавка до скла, може поглинати ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання і зараз широко використовується в автомобільному склі. Він не тільки захищає від ультрафіолетових променів, але й знижує температуру в салоні автомобіля, заощаджуючи електроенергію для кондиціонування. З 1997 року японське автомобільне скло було додано оксидом церію, і він був використаний в автомобілях у 1996 році.
3. Властивості та фактори впливу на поглинання інфрачервоного випромінювання сполуками металів
3.1 Властивості та фактори впливу на поглинання інфрачервоного випромінювання сполуками металів в основному включають такі аспекти:
Діапазон швидкості поглинання: швидкість поглинання металевих сполук інфрачервоними променями змінюється залежно від таких факторів, як тип металу, стан поверхні, температура та довжина хвилі інфрачервоних променів. Звичайні метали, такі як алюміній, мідь і залізо, зазвичай мають ступінь поглинання інфрачервоних променів від 10% до 50% при кімнатній температурі. Наприклад, швидкість поглинання поверхнею чистого алюмінію інфрачервоних променів при кімнатній температурі становить близько 12%, тоді як швидкість поглинання шорсткою поверхнею міді може досягати приблизно 40%.
3.2 Властивості та фактори впливу на інфрачервоне поглинання сполуками металів:
Типи металів: різні метали мають різну атомну структуру та розміщення електронів, що призводить до різної здатності поглинати інфрачервоні промені.
Стан поверхні: Шорсткість, оксидний шар або покриття металевої поверхні впливатимуть на швидкість поглинання.
Температура: зміни температури призведуть до зміни електронного стану всередині металу, тим самим впливаючи на поглинання ним інфрачервоних променів.
Довжина хвилі інфрачервоного випромінювання: різні довжини хвилі інфрачервоних променів мають різну здатність поглинати метали.
Зміни за певних умов: За певних умов швидкість поглинання інфрачервоних променів металами може суттєво змінитися. Наприклад, якщо металеву поверхню покрити шаром спеціального матеріалу, можна збільшити її здатність поглинати інфрачервоні промені. Крім того, зміни електронного стану металів у високотемпературних середовищах також можуть призводити до збільшення швидкості поглинання.
Сфери застосування: Властивості поглинання інфрачервоних променів сполуками металів мають важливе застосування в інфрачервоних технологіях, тепловізорах та інших областях. Наприклад, контролюючи покриття або температуру металевої поверхні, можна регулювати поглинання інфрачервоних променів, що дозволяє застосовувати вимірювання температури, теплові зображення тощо.
Експериментальні методи та передумови дослідження: дослідники визначили швидкість поглинання інфрачервоних променів металами за допомогою експериментальних вимірювань і професійних досліджень. Ці дані важливі для розуміння оптичних властивостей металевих сполук і розробки відповідних застосувань.
Таким чином, властивості поглинання інфрачервоного випромінювання сполук металів залежать від багатьох факторів і можуть суттєво змінюватися за різних умов. Ці властивості широко використовуються в багатьох сферах.