Какъв е принципът на абсорбиране на инфрачервени лъчи от металните съединения и какви са факторите, които го влияят?
Металните съединения, включително редкоземните съединения, играят ключова роля в абсорбцията на инфрачервени лъчи. Като лидер в производството на редки метали и редкоземни съединения,UrbanMines Tech. Co., Ltd.обслужва близо 1/8 от клиентите по света за инфрачервена абсорбция. За да отговори на техническите запитвания на нашите клиенти по този въпрос, центърът за научноизследователска и развойна дейност на нашата компания е съставил тази статия, за да предостави отговори.
1. Принципът и характеристиките на инфрачервеното поглъщане от метални съединения
Принципът на инфрачервеното поглъщане от метални съединения се основава главно на вибрациите на тяхната молекулярна структура и химични връзки. Инфрачервената спектроскопия изучава молекулярната структура чрез измерване на прехода на вътрешномолекулните вибрации и ротационните енергийни нива. Вибрацията на химичните връзки в металните съединения ще доведе до инфрачервено поглъщане, особено металоорганичните връзки в металоорганичните съединения, вибрацията на много неорганични връзки и вибрацията на кристалната рамка, които ще се проявят в различни области на инфрачервения спектър.
Характеристики на различни метални съединения в инфрачервените спектри:
(1).MXene материал: MXene е двуизмерно съединение на преходен метал-въглерод/азот с богати компоненти, метална проводимост, голяма специфична повърхност и активна повърхност. Той има различни скорости на инфрачервено поглъщане в близкия инфрачервен и средния/далечния инфрачервен диапазон и през последните години се използва широко в инфрачервения камуфлаж, фототермичното преобразуване и други области.
(2).Медни съединения: Съдържащите фосфор медни съединения се представят добре сред инфрачервените абсорбатори, като ефективно предотвратяват почерняването, причинено от ултравиолетовите лъчи, и поддържат отлична пропускливост на видимата светлина и свойства на инфрачервено абсорбиране стабилно за дълго време3.
Практически случаи на приложение
(1).Инфрачервен камуфлаж: Материалите MXene се използват широко в инфрачервения камуфлаж поради отличните си свойства за абсорбиране на инфрачервени лъчи. Те могат ефективно да намалят инфрачервените характеристики на целта и да подобрят маскирането2.
(2). Фототермично преобразуване: MXene материалите имат ниски емисионни характеристики в средните/далечните инфрачервени ленти, което ги прави подходящи за приложения за фототермично преобразуване и могат ефективно да преобразуват светлинната енергия в топлинна енергия.
(3). Материали за прозорци: В материалите за прозорци се използват смолни състави, съдържащи инфрачервени абсорбатори, за да блокират ефективно инфрачервените лъчи и да подобрят енергийната ефективност.
Тези случаи на приложение демонстрират разнообразието и практичността на металните съединения в инфрачервеното поглъщане, особено важната им роля в съвременната наука и индустрия.
2. Кои метални съединения могат да абсорбират инфрачервени лъчи?
Метални съединения, които могат да абсорбират инфрачервени лъчи, включватантимон калаен оксид (ATO), индиево-калаен оксид (ITO), алуминиев цинков оксид (AZO), волфрамов триоксид (WO3), железен тетроксид (Fe3O4) и стронциев титанат (SrTiO3).
2.1 Характеристики на инфрачервеното поглъщане на метални съединения
Антимонов калаен оксид (ATO): Може да екранира близката инфрачервена светлина с дължина на вълната по-голяма от 1500 nm, но не може да екранира ултравиолетова светлина и инфрачервена светлина с дължина на вълната по-малка от 1500 nm.
Индиево-калаен оксид (ITO): Подобно на ATO, той има ефекта на екраниране на близката инфрачервена светлина.
Цинково-алуминиев оксид (AZO): Той също така има функцията да екранира близката инфрачервена светлина.
Волфрамов триоксид (WO3): Има локализиран повърхностен плазмонен резонансен ефект и малък механизъм на абсорбция на полярони, може да екранира инфрачервеното лъчение с дължина на вълната 780-2500 nm и е нетоксичен и евтин.
Fe3O4: Има добри свойства на инфрачервено поглъщане и термичен отклик и често се използва в инфрачервени сензори и детектори.
Стронциев титанат (SrTiO3): има отлични инфрачервени абсорбционни и оптични свойства, подходящ за инфрачервени сензори и детектори.
Ербиев флуорид (ErF3): е рядкоземно съединение, което може да абсорбира инфрачервени лъчи. Ербиевият флуорид има розови кристали, точка на топене 1350°C, точка на кипене 2200°C и плътност 7,814 g/cm³. Използва се главно в оптични покрития, легиране на влакна, лазерни кристали, суровини за монокристали, лазерни усилватели, катализаторни добавки и други области.
2.2 Приложение на метални съединения в материали, абсорбиращи инфрачервено лъчение
Тези метални съединения се използват широко в инфрачервени абсорбиращи материали. Например, ATO, ITO и AZO често се използват в прозрачни проводими, антистатични, радиационно защитни покрития и прозрачни електроди; WO3 се използва широко в различни топлоизолационни, абсорбиращи и отразяващи инфрачервени материали, благодарение на отличните си характеристики на екраниране в близката инфрачервена област и нетоксичните си свойства. Тези метални съединения играят важна роля в областта на инфрачервените технологии, благодарение на уникалните си характеристики на инфрачервено абсорбиране.
2.3 Кои редкоземни съединения могат да абсорбират инфрачервени лъчи?
Сред редкоземните елементи, лантановият хексаборид и наноразмерният лантанов борид могат да абсорбират инфрачервени лъчи.Лантанов хексаборид (LaB6)е материал, широко използван в радарната, аерокосмическата, електронната промишленост, инструменталната промишленост, медицинското оборудване, металургията на домакинските уреди, опазването на околната среда и други области. По-специално, монокристалът от лантанов хексаборид е материал за направата на високомощни електронни тръби, магнетрони, електронни лъчи, йонни лъчи и ускорителни катоди.
Освен това, наномащабният лантанов борид има свойството да абсорбира инфрачервени лъчи. Той се използва в покритието върху повърхността на полиетиленовото фолио, за да блокира инфрачервените лъчи от слънчевата светлина. Въпреки че абсорбира инфрачервените лъчи, наномащабният лантанов борид не абсорбира твърде много видима светлина. Този материал може да предотврати навлизането на инфрачервени лъчи в стъклото на прозорците в горещ климат и може по-ефективно да използва светлинната и топлинната енергия в студен климат.
Редкоземните елементи се използват широко в много области, включително военна, ядрена енергетика, високи технологии и продукти за ежедневна употреба. Например, лантанът се използва за подобряване на тактическите характеристики на сплави в оръжия и оборудване, гадолиният и неговите изотопи се използват като абсорбатори на неутрони в областта на ядрената енергетика, а церият се използва като добавка към стъклото за абсорбиране на ултравиолетови и инфрачервени лъчи.
Церият, като добавка за стъкло, може да абсорбира ултравиолетови и инфрачервени лъчи и сега се използва широко в автомобилните стъкла. Той не само предпазва от ултравиолетови лъчи, но и намалява температурата вътре в колата, като по този начин спестява електроенергия за климатизация. От 1997 г. насам в японските автомобилни стъкла се добавя цериев оксид, а той е използван в автомобилите през 1996 г.
3. Свойства и фактори, влияещи върху инфрачервеното поглъщане от метални съединения
3.1 Свойствата и факторите, влияещи върху инфрачервеното поглъщане от метални съединения, включват главно следните аспекти:
Диапазон на степента на абсорбция: Степента на абсорбция на инфрачервени лъчи от металните съединения варира в зависимост от фактори като вида на метала, състоянието на повърхността, температурата и дължината на вълната на инфрачервените лъчи. Често срещаните метали като алуминий, мед и желязо обикновено имат степен на абсорбция на инфрачервени лъчи между 10% и 50% при стайна температура. Например, степента на абсорбция на инфрачервени лъчи от чиста алуминиева повърхност при стайна температура е около 12%, докато степента на абсорбция на груба медна повърхност може да достигне около 40%.
3.2 Свойства и фактори, влияещи върху инфрачервеното поглъщане от метални съединения:
Видове метали: Различните метали имат различни атомни структури и разположение на електроните, което води до различните им способности за абсорбиране на инфрачервени лъчи.
Състояние на повърхността: Грапавостта, оксидният слой или покритието на металната повърхност ще повлияят на скоростта на абсорбция.
Температура: Температурните промени ще променят електронното състояние вътре в метала, като по този начин ще повлияят на абсорбцията на инфрачервени лъчи.
Дължина на инфрачервената вълна: Различните дължини на вълната на инфрачервените лъчи имат различни възможности за абсорбция от металите.
Промени при специфични условия: При определени специфични условия скоростта на поглъщане на инфрачервени лъчи от металите може да се промени значително. Например, когато метална повърхност е покрита със слой от специален материал, способността ѝ да поглъща инфрачервени лъчи може да се подобри. Освен това, промените в електронното състояние на металите във високотемпературна среда също могат да доведат до увеличаване на скоростта на поглъщане.
Области на приложение: Инфрачервените абсорбционни свойства на металните съединения имат важна приложна стойност в инфрачервената технология, термовизията и други области. Например, чрез контролиране на покритието или температурата на метална повърхност, може да се регулира абсорбцията на инфрачервени лъчи, което позволява приложения в измерването на температура, термовизията и др.
Експериментални методи и изследователски контекст: Изследователите са определили скоростта на поглъщане на инфрачервените лъчи от металите чрез експериментални измервания и професионални изследвания. Тези данни са важни за разбирането на оптичните свойства на металните съединения и разработването на свързани приложения.
В обобщение, свойствата на инфрачервеното поглъщане на металните съединения се влияят от много фактори и могат да се променят значително при различни условия. Тези свойства се използват широко в много области.