Nguyên lý hấp thụ tia hồng ngoại của các hợp chất kim loại là gì và các yếu tố ảnh hưởng của nó là gì?
Các hợp chất kim loại, bao gồm các hợp chất đất hiếm, đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ tia hồng ngoại. Là công ty dẫn đầu về kim loại hiếm và hợp chất đất hiếm,Công nghệ UrbanMines. Công ty TNHH. phục vụ gần 1/8 khách hàng trên thế giới về hấp thụ tia hồng ngoại. Để giải quyết các thắc mắc kỹ thuật của khách hàng về vấn đề này, trung tâm nghiên cứu và phát triển của công ty chúng tôi đã biên soạn bài viết này để đưa ra câu trả lời
1. Nguyên lý và đặc điểm hấp thụ tia hồng ngoại của hợp chất kim loại
Nguyên lý hấp thụ tia hồng ngoại của các hợp chất kim loại chủ yếu dựa trên sự rung động của cấu trúc phân tử và liên kết hóa học của chúng. Quang phổ hồng ngoại nghiên cứu cấu trúc phân tử bằng cách đo sự chuyển đổi của dao động nội phân tử và mức năng lượng quay. Sự dao động của các liên kết hóa học trong hợp chất kim loại sẽ dẫn đến sự hấp thụ tia hồng ngoại, đặc biệt là liên kết hữu cơ kim loại trong các hợp chất hữu cơ kim loại, sự dao động của nhiều liên kết vô cơ và dao động của khung tinh thể sẽ xuất hiện ở các vùng khác nhau của phổ hồng ngoại.
Hiệu suất của các hợp chất kim loại khác nhau trong quang phổ hồng ngoại:
(1).Vật liệu MXene: MXene là hợp chất kim loại-cacbon/nitơ chuyển tiếp hai chiều với các thành phần phong phú, độ dẫn kim loại, diện tích bề mặt riêng lớn và bề mặt hoạt động. Nó có tốc độ hấp thụ hồng ngoại khác nhau ở các dải hồng ngoại gần và hồng ngoại trung/xa và đã được sử dụng rộng rãi trong ngụy trang hồng ngoại, chuyển đổi quang nhiệt và các lĩnh vực khác trong những năm gần đây.
(2).Hợp chất đồng: Các hợp chất đồng chứa phốt pho hoạt động tốt trong số các chất hấp thụ hồng ngoại, ngăn chặn hiệu quả hiện tượng đen do tia cực tím gây ra và duy trì ổn định các đặc tính truyền ánh sáng nhìn thấy và hấp thụ hồng ngoại tuyệt vời trong thời gian dài3.
Các trường hợp ứng dụng thực tế
(1).Ngụy trang hồng ngoại: Vật liệu MXene được sử dụng rộng rãi trong ngụy trang hồng ngoại do đặc tính hấp thụ tia hồng ngoại tuyệt vời của chúng. Chúng có thể làm giảm các đặc tính hồng ngoại của mục tiêu một cách hiệu quả và cải thiện khả năng che giấu2.
(2).Chuyển đổi quang nhiệt: Vật liệu MXene có đặc tính phát xạ thấp ở dải hồng ngoại trung/xa, phù hợp cho các ứng dụng chuyển đổi quang nhiệt và có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng nhiệt2 một cách hiệu quả.
(3).Vật liệu cửa sổ: Thành phần nhựa có chứa chất hấp thụ hồng ngoại được sử dụng trong vật liệu cửa sổ để chặn tia hồng ngoại hiệu quả và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng 3.
Những trường hợp ứng dụng này chứng minh tính đa dạng và tính thực tế của các hợp chất kim loại trong khả năng hấp thụ tia hồng ngoại, đặc biệt vai trò quan trọng của chúng trong khoa học và công nghiệp hiện đại.
2. Hợp chất kim loại nào có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại?
Các hợp chất kim loại có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại bao gồmoxit thiếc antimon (ATO), oxit thiếc indi (ITO), oxit nhôm kẽm (AZO), vonfram trioxit (WO3), tetroxide sắt (Fe3O4) và strontium titanate (SrTiO3).
2.1 Đặc tính hấp thụ tia hồng ngoại của hợp chất kim loại
ATO: Nó có thể che chắn ánh sáng cận hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 1500 nm, nhưng không thể che chắn ánh sáng cực tím và ánh sáng hồng ngoại có bước sóng nhỏ hơn 1500 nm.
Indium Tin Oxide (ITO): Tương tự như ATO, nó có tác dụng che chắn ánh sáng cận hồng ngoại.
Kẽm oxit nhôm (AZO): Ngoài ra còn có chức năng che chắn ánh sáng cận hồng ngoại.
Vonfram trioxide (WO3): Nó có hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ và cơ chế hấp thụ phân cực nhỏ, có thể che chắn bức xạ hồng ngoại có bước sóng 780-2500nm, không độc hại và rẻ tiền.
Fe3O4: Nó có đặc tính hấp thụ hồng ngoại và phản ứng nhiệt tốt và thường được sử dụng trong các cảm biến và máy dò hồng ngoại.
Stronti titanate (SrTiO3): có đặc tính quang học và hấp thụ hồng ngoại tuyệt vời, thích hợp cho các cảm biến và máy dò hồng ngoại.
Erbium fluoride (ErF3): là hợp chất đất hiếm có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại. Erbium florua có tinh thể màu hoa hồng, nhiệt độ nóng chảy 1350°C, nhiệt độ sôi 2200°C và mật độ 7,814g/cm³. Nó chủ yếu được sử dụng trong lớp phủ quang học, pha tạp sợi, tinh thể laser, nguyên liệu thô đơn tinh thể, bộ khuếch đại laser, phụ gia xúc tác và các lĩnh vực khác.
2.2 Ứng dụng hợp chất kim loại trong vật liệu hấp thụ tia hồng ngoại
Các hợp chất kim loại này được sử dụng rộng rãi trong vật liệu hấp thụ tia hồng ngoại. Ví dụ, ATO, ITO và AZO thường được sử dụng trong các lớp phủ dẫn điện, chống tĩnh điện, bảo vệ bức xạ trong suốt và các điện cực trong suốt; WO3 được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu hồng ngoại cách nhiệt, hấp thụ và phản xạ khác nhau do hiệu suất che chắn cận hồng ngoại tuyệt vời và đặc tính không độc hại. Các hợp chất kim loại này đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghệ hồng ngoại do đặc tính hấp thụ hồng ngoại độc đáo của chúng.
2.3 Hợp chất đất hiếm nào có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại?
Trong số các nguyên tố đất hiếm, lanthanum hexaboride và lanthanum boride có kích thước nano có thể hấp thụ tia hồng ngoại.Lanthanum hexaborua (LaB6)là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong radar, hàng không vũ trụ, công nghiệp điện tử, thiết bị đo đạc, thiết bị y tế, luyện kim thiết bị gia dụng, bảo vệ môi trường và các lĩnh vực khác. Đặc biệt, tinh thể đơn lanthanum hexaboride là vật liệu để chế tạo các ống điện tử công suất cao, máy phát cao tần, chùm tia điện tử, chùm ion và cực âm máy gia tốc.
Ngoài ra, lanthanum boride ở kích thước nano còn có đặc tính hấp thụ tia hồng ngoại. Nó được sử dụng trong lớp phủ trên bề mặt tấm màng polyetylen để chặn tia hồng ngoại từ ánh sáng mặt trời. Trong khi hấp thụ tia hồng ngoại, lanthanum boride ở quy mô nano không hấp thụ quá nhiều ánh sáng khả kiến. Vật liệu này có thể ngăn tia hồng ngoại xâm nhập vào kính cửa sổ ở vùng có khí hậu nóng và có thể sử dụng năng lượng ánh sáng và nhiệt hiệu quả hơn ở vùng có khí hậu lạnh.
Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm quân sự, năng lượng hạt nhân, công nghệ cao và các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày. Ví dụ, lanthanum được sử dụng để cải thiện hiệu suất chiến thuật của hợp kim trong vũ khí và thiết bị, gadolinium và các đồng vị của nó được sử dụng làm chất hấp thụ neutron trong trường năng lượng hạt nhân và xeri được sử dụng làm chất phụ gia thủy tinh để hấp thụ tia cực tím và hồng ngoại.
Xeri, như một chất phụ gia thủy tinh, có thể hấp thụ tia cực tím và tia hồng ngoại và hiện được sử dụng rộng rãi trong kính ô tô. Nó không chỉ có tác dụng chống tia cực tím mà còn làm giảm nhiệt độ bên trong xe, từ đó tiết kiệm điện cho điều hòa. Từ năm 1997, kính ô tô Nhật Bản đã được thêm oxit xeri và nó được sử dụng trong ô tô vào năm 1996.
3.Tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của hợp chất kim loại
3.1Tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ hồng ngoại của hợp chất kim loại chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
Phạm vi tốc độ hấp thụ: Tốc độ hấp thụ của các hợp chất kim loại đối với tia hồng ngoại thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như loại kim loại, trạng thái bề mặt, nhiệt độ và bước sóng của tia hồng ngoại. Các kim loại thông thường như nhôm, đồng và sắt thường có tỷ lệ hấp thụ tia hồng ngoại từ 10% đến 50% ở nhiệt độ phòng. Ví dụ, tỷ lệ hấp thụ của bề mặt nhôm nguyên chất đối với tia hồng ngoại ở nhiệt độ phòng là khoảng 12%, trong khi tỷ lệ hấp thụ của bề mặt đồng thô có thể đạt khoảng 40%.
3.2 Tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của hợp chất kim loại:
Các loại kim loại: Các kim loại khác nhau có cấu trúc nguyên tử và cách sắp xếp electron khác nhau, dẫn đến khả năng hấp thụ tia hồng ngoại khác nhau.
Điều kiện bề mặt: Độ nhám, lớp oxit hoặc lớp phủ của bề mặt kim loại sẽ ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ.
Nhiệt độ: Sự thay đổi nhiệt độ sẽ thay đổi trạng thái điện tử bên trong kim loại, do đó ảnh hưởng đến sự hấp thụ tia hồng ngoại của nó.
Bước sóng hồng ngoại: Các bước sóng khác nhau của tia hồng ngoại có khả năng hấp thụ khác nhau đối với kim loại.
Thay đổi trong các điều kiện cụ thể: Trong một số điều kiện cụ thể nhất định, tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại của kim loại có thể thay đổi đáng kể. Ví dụ, khi bề mặt kim loại được phủ một lớp vật liệu đặc biệt, khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của nó có thể được tăng cường. Ngoài ra, sự thay đổi trạng thái điện tử của kim loại trong môi trường nhiệt độ cao cũng có thể dẫn đến tăng tốc độ hấp thụ.
Lĩnh vực ứng dụng: Đặc tính hấp thụ hồng ngoại của hợp chất kim loại có giá trị ứng dụng quan trọng trong công nghệ hồng ngoại, hình ảnh nhiệt và các lĩnh vực khác. Ví dụ, bằng cách kiểm soát lớp phủ hoặc nhiệt độ của bề mặt kim loại, sự hấp thụ tia hồng ngoại của nó có thể được điều chỉnh, cho phép các ứng dụng đo nhiệt độ, chụp ảnh nhiệt, v.v.
Phương pháp thí nghiệm và nền tảng nghiên cứu: Các nhà nghiên cứu đã xác định tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại của kim loại thông qua các phép đo thực nghiệm và nghiên cứu chuyên môn. Những dữ liệu này rất quan trọng để hiểu tính chất quang học của các hợp chất kim loại và phát triển các ứng dụng liên quan.
Tóm lại, tính chất hấp thụ tia hồng ngoại của hợp chất kim loại bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và có thể thay đổi đáng kể trong các điều kiện khác nhau. Những tính chất này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.