Quin és el principi d'absorció dels raigs infrarojos pels compostos metàl·lics i quins són els factors que els influeixen?
Els compostos metàl·lics, inclosos els compostos de terres rares, tenen un paper crucial en l'absorció d'infrarojos. Com a líder en metalls rars i compostos de terres rares,UrbanMines Tech. Co., Ltd. dóna servei a gairebé 1/8 dels clients mundials d'absorció d'infrarojos. Per respondre a les consultes tècniques dels nostres clients sobre aquest tema, el centre de recerca i desenvolupament de la nostra empresa ha elaborat aquest article per proporcionar respostes.
1. El principi i les característiques de l'absorció infraroja per compostos metàl·lics
El principi de l'absorció infraroja per compostos metàl·lics es basa principalment en la vibració de la seva estructura molecular i els seus enllaços químics. L'espectroscòpia infraroja estudia l'estructura molecular mesurant la transició de la vibració intramolecular i els nivells d'energia rotacional. La vibració dels enllaços químics en compostos metàl·lics conduirà a l'absorció infraroja, especialment els enllaços metall-orgànics en compostos metall-orgànics, la vibració de molts enllaços inorgànics i la vibració del marc cristal·lí, que apareixerà en diferents regions de l'espectre infraroig.
Rendiment de diferents compostos metàl·lics en espectres infrarojos:
(1). Material MXene: El MXene és un compost bidimensional de metall de transició-carboni/nitrogen amb components rics, conductivitat metàl·lica, una gran superfície específica i una superfície activa. Té diferents taxes d'absorció infraroja a les bandes de l'infraroig proper i de l'infraroig mitjà/llunyà i s'ha utilitzat àmpliament en camuflatge infraroig, conversió fototèrmica i altres camps en els darrers anys.
(2).Compostos de coure: Els compostos de coure que contenen fòsfor tenen un bon rendiment entre els absorbents d'infrarojos, evitant eficaçment el fenomen d'ennegriment causat pels raigs ultraviolats i mantenint una excel·lent transmitància de la llum visible i propietats d'absorció d'infrarojos de manera estable durant molt de temps3.
Casos d'aplicació pràctica
(1).Camuflatge infraroig: Els materials MXene s'utilitzen àmpliament en el camuflatge infraroig a causa de les seves excel·lents propietats d'absorció infraroja. Poden reduir eficaçment les característiques infraroges de l'objectiu i millorar l'ocultació2.
(2).Conversió fototèrmica: Els materials MXene tenen característiques de baixa emissió a les bandes d'infraroig mitjà/llunyà, que són adequades per a aplicacions de conversió fototèrmica i poden convertir eficientment l'energia lluminosa en energia calorífica2.
(3). Materials per a finestres: En els materials per a finestres s'utilitzen composicions de resina que contenen absorbents d'infrarojos per bloquejar eficaçment els raigs infrarojos i millorar l'eficiència energètica. 3.
Aquests casos d'aplicació demostren la diversitat i la practicitat dels compostos metàl·lics en l'absorció d'infrarojos, especialment el seu paper important en la ciència i la indústria modernes.
2. Quins compostos metàl·lics poden absorbir els raigs infrarojos?
Els compostos metàl·lics que poden absorbir els raigs infrarojos inclouenòxid d'antimoni i estany (ATO), òxid d'indi i estany (ITO), òxid de zinc i alumini (AZO), triòxid de tungstè (WO3), tetròxid de ferro (Fe3O4) i titanat d'estronci (SrTiO3).
2.1 Característiques d'absorció infraroja dels compostos metàl·lics
Òxid d'antimoni i estany (ATO): Pot protegir la llum infraroja propera amb una longitud d'ona superior a 1500 nm, però no pot protegir la llum ultraviolada ni la llum infraroja amb una longitud d'ona inferior a 1500 nm.
Òxid d'indi i estany (ITO): Similar a l'ATO, té l'efecte de protegir la llum infraroja propera.
Òxid de zinc i alumini (AZO): També té la funció de protegir la llum infraroja propera.
Triòxid de tungstè (WO3): Té un efecte de ressonància plasmònica superficial localitzat i un mecanisme d'absorció de petits polarons, pot protegir la radiació infraroja amb una longitud d'ona de 780-2500 nm, i és no tòxic i econòmic.
Fe3O4: Té bones propietats d'absorció infraroja i resposta tèrmica i s'utilitza sovint en sensors i detectors d'infrarojos.
Titanat d'estronci (SrTiO3): té una excel·lent absorció d'infrarojos i propietats òptiques, adequada per a sensors i detectors d'infrarojos.
Fluorur d'erbi (ErF3): és un compost de terres rares que pot absorbir raigs infrarojos. El fluorur d'erbi té cristalls de color rosa, un punt de fusió de 1350 °C, un punt d'ebullició de 2200 °C i una densitat de 7,814 g/cm³. S'utilitza principalment en recobriments òptics, dopatge de fibres, cristalls làser, matèries primeres monocristallines, amplificadors làser, additius catalitzadors i altres camps.
2.2 Aplicació de compostos metàl·lics en materials absorbents d'infrarojos
Aquests compostos metàl·lics s'utilitzen àmpliament en materials d'absorció d'infrarojos. Per exemple, ATO, ITO i AZO s'utilitzen sovint en recobriments transparents conductors, antiestàtics i de protecció contra la radiació, i elèctrodes transparents; el WO3 s'utilitza àmpliament en diversos materials d'aïllament tèrmic, absorció i reflexió infraroja a causa del seu excel·lent rendiment de blindatge a l'infraroig proper i les seves propietats no tòxiques. Aquests compostos metàl·lics tenen un paper important en el camp de la tecnologia infraroja a causa de les seves característiques úniques d'absorció d'infrarojos.
2.3 Quins compostos de terres rares poden absorbir els raigs infrarojos?
Entre els elements de terres rares, l'hexaborur de lantà i el borur de lantà de mida nanomètrica poden absorbir els raigs infrarojos.Hexaborur de lantà (LaB6)és un material àmpliament utilitzat en radar, aeroespacial, indústria electrònica, instrumentació, equips mèdics, metal·lúrgia d'electrodomèstics, protecció del medi ambient i altres camps. En particular, el monocristall d'hexaborur de lantà és un material per fabricar tubs electrònics d'alta potència, magnetrons, feixos d'electrons, feixos d'ions i càtodes acceleradors.
A més, el borur de lantà a nanoescala també té la propietat d'absorbir els raigs infrarojos. S'utilitza en el recobriment de la superfície de làmines de pel·lícula de polietilè per bloquejar els raigs infrarojos de la llum solar. Tot i que absorbeix els raigs infrarojos, el borur de lantà a nanoescala no absorbeix massa llum visible. Aquest material pot evitar que els raigs infrarojos entrin al vidre de les finestres en climes càlids i pot utilitzar de manera més eficaç l'energia lumínica i calorífica en climes freds.
Els elements de terres rares s'utilitzen àmpliament en molts camps, com ara l'exèrcit, l'energia nuclear, l'alta tecnologia i els productes de consum diari. Per exemple, el lantà s'utilitza per millorar el rendiment tàctic dels aliatges en armes i equips, el gadolini i els seus isòtops s'utilitzen com a absorbents de neutrons en el camp de l'energia nuclear i el ceri s'utilitza com a additiu del vidre per absorbir els raigs ultraviolats i infrarojos.
El ceri, com a additiu per al vidre, pot absorbir els raigs ultraviolats i infrarojos i ara s'utilitza àmpliament en el vidre dels automòbils. No només protegeix contra els raigs ultraviolats, sinó que també redueix la temperatura a l'interior del cotxe, estalviant així electricitat per a l'aire condicionat. Des del 1997, s'ha afegit òxid de ceri al vidre dels automòbils japonesos, i es va utilitzar en automòbils el 1996.
3. Propietats i factors d'influència de l'absorció infraroja per compostos metàl·lics
3.1 Les propietats i els factors d'influència de l'absorció infraroja per compostos metàl·lics inclouen principalment els aspectes següents:
Rang de taxa d'absorció: La taxa d'absorció dels compostos metàl·lics als raigs infrarojos varia en funció de factors com el tipus de metall, l'estat de la superfície, la temperatura i la longitud d'ona dels raigs infrarojos. Els metalls comuns com l'alumini, el coure i el ferro solen tenir una taxa d'absorció dels raigs infrarojos d'entre el 10% i el 50% a temperatura ambient. Per exemple, la taxa d'absorció de la superfície d'alumini pur als raigs infrarojos a temperatura ambient és d'aproximadament el 12%, mentre que la taxa d'absorció de la superfície rugosa de coure pot arribar a aproximadament el 40%.
3.2 Propietats i factors d'influència de l'absorció infraroja per compostos metàl·lics:
Tipus de metalls: Els diferents metalls tenen estructures atòmiques i disposicions d'electrons diferents, la qual cosa fa que tinguin diferents capacitats d'absorció dels raigs infrarojos.
Estat de la superfície: La rugositat, la capa d'òxid o el recobriment de la superfície metàl·lica afectaran la taxa d'absorció.
Temperatura: Els canvis de temperatura alteraran l'estat electrònic de l'interior del metall, afectant així la seva absorció dels raigs infrarojos.
Longitud d'ona infraroja: Diferents longituds d'ona dels raigs infrarojos tenen diferents capacitats d'absorció per als metalls.
Canvis en condicions específiques: En determinades condicions, la taxa d'absorció dels raigs infrarojos pels metalls pot canviar significativament. Per exemple, quan una superfície metàl·lica es recobreix amb una capa d'un material especial, es pot millorar la seva capacitat d'absorbir els raigs infrarojos. A més, els canvis en l'estat electrònic dels metalls en ambients d'alta temperatura també poden provocar un augment de la taxa d'absorció.
Camps d'aplicació: Les propietats d'absorció infraroja dels compostos metàl·lics tenen un valor d'aplicació important en la tecnologia infraroja, la imatge tèrmica i altres camps. Per exemple, controlant el recobriment o la temperatura d'una superfície metàl·lica, es pot ajustar la seva absorció de raigs infrarojos, cosa que permet aplicacions en el mesurament de la temperatura, la imatge tèrmica, etc.
Mètodes experimentals i antecedents de recerca: Els investigadors van determinar la taxa d'absorció dels raigs infrarojos pels metalls mitjançant mesures experimentals i estudis professionals. Aquestes dades són importants per comprendre les propietats òptiques dels compostos metàl·lics i desenvolupar aplicacions relacionades.
En resum, les propietats d'absorció infraroja dels compostos metàl·lics es veuen afectades per molts factors i poden canviar significativament en diferents condicions. Aquestes propietats s'utilitzen àmpliament en molts camps.