Aký je princíp absorpcie infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami a aké sú jeho ovplyvňujúce faktory?
Zlúčeniny kovov vrátane zlúčenín vzácnych zemín zohrávajú kľúčovú úlohu v absorpcii infračerveného žiarenia. Ako líder v oblasti vzácnych kovov a zlúčenín vzácnych zemín,UrbanMines Tech. Co., Ltd.. obsluhuje takmer 1/8 svetových zákazníkov v oblasti infračervenej absorpcie. Aby sme odpovedali na technické otázky našich zákazníkov v tejto oblasti, výskumné a vývojové centrum našej spoločnosti zostavilo tento článok, ktorý poskytuje odpovede.
1. Princíp a charakteristiky absorpcie infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami
Princíp absorpcie infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami je založený hlavne na vibráciách ich molekulárnej štruktúry a chemických väzieb. Infračervená spektroskopia študuje molekulárnu štruktúru meraním prechodu intramolekulárnych vibrácií a rotačných energetických hladín. Vibrácie chemických väzieb v kovových zlúčeninách vedú k absorpcii infračerveného žiarenia, najmä väzieb kov-organický materiál v kov-organických zlúčeninách, vibráciám mnohých anorganických väzieb a vibráciám kryštálového rámca, ktoré sa prejavujú v rôznych oblastiach infračerveného spektra.
Výkonnosť rôznych kovových zlúčenín v infračervenom spektre:
(1). Materiál MXene: MXene je dvojrozmerná zlúčenina prechodného kovu, uhlíka a dusíka s bohatými zložkami, kovovou vodivosťou, veľkým špecifickým povrchom a aktívnym povrchom. Má rôznu mieru absorpcie infračerveného žiarenia v blízkej infračervenej a strednej/ďalekej infračervenej oblasti a v posledných rokoch sa široko používa v infračervenej kamufláži, fototermálnej konverzii a ďalších oblastiach.
(2).Zlúčeniny medi: Zlúčeniny medi obsahujúce fosfor sú medzi infračervenými absorbérmi dobrými, účinne zabraňujú javu sčernenia spôsobenému ultrafialovým žiarením a dlhodobo si stabilne udržiavajú vynikajúcu priepustnosť viditeľného svetla a absorpciu infračerveného žiarenia3.
Praktické prípady použitia
(1).Infračervená kamufláž: Materiály MXene sa široko používajú v infračervenej kamufláži vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam absorpcie infračerveného žiarenia. Dokážu účinne znížiť infračervené charakteristiky cieľa a zlepšiť maskovanie2.
(2).Fototermálna konverzia: Materiály MXene majú nízke emisné charakteristiky v strednom/ďalekom infračervenom pásme, ktoré sú vhodné pre aplikácie fototermálnej konverzie a dokážu efektívne premieňať svetelnú energiu na tepelnú energiu2.
(3). Okenné materiály: Živicové kompozície obsahujúce infračervené absorbéry sa používajú v okenných materiáloch na účinné blokovanie infračervených lúčov a zlepšenie energetickej účinnosti 3.
Tieto prípady použitia demonštrujú rozmanitosť a praktickosť kovových zlúčenín v absorpcii infračerveného žiarenia, najmä ich dôležitú úlohu v modernej vede a priemysle.
2. Ktoré kovové zlúčeniny môžu absorbovať infračervené lúče?
Medzi kovové zlúčeniny, ktoré dokážu absorbovať infračervené žiarenie, patriaoxid antimónu a cínu (ATO), oxid india a cínu (ITO), oxid hlinito-zinku (AZO), oxid volfrámový (WO3), oxid železnatý (Fe3O4) a titaničitan strontnatý (SrTiO3).
2.1 Charakteristiky infračervenej absorpcie kovových zlúčenín
Oxid antimoničitý a cínatý (ATO): Dokáže tieniť blízke infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou väčšou ako 1500 nm, ale nedokáže tieniť ultrafialové svetlo a infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou menšou ako 1500 nm.
Oxid india a cínu (ITO): Podobne ako ATO má tienenie blízkeho infračerveného žiarenia.
Oxid zinočnato-hlinitý (AZO): Má tiež funkciu tienenia blízkeho infračerveného žiarenia.
Oxid volfrámový (WO3): Má lokalizovaný efekt povrchovej plazmónovej rezonancie a malý mechanizmus absorpcie polarónov, dokáže tieniť infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou 780 – 2500 nm a je netoxický a lacný.
Fe3O4: Má dobré vlastnosti absorpcie infračerveného žiarenia a tepelnej odozvy a často sa používa v infračervených senzoroch a detektoroch.
Titaničitany strontnaté (SrTiO3): má vynikajúce absorpčné vlastnosti infračerveného žiarenia a optické vlastnosti, vhodný pre infračervené senzory a detektory.
Fluorid erbia (ErF3): je zlúčenina vzácnych zemín, ktorá dokáže absorbovať infračervené lúče. Fluorid erbia má ružovo sfarbené kryštály, bod topenia 1350 °C, bod varu 2200 °C a hustotu 7,814 g/cm³. Používa sa hlavne v optických povlakoch, dopovaní vlákien, laserových kryštáloch, monokryštálových surovinách, laserových zosilňovačoch, katalytických prísadách a ďalších oblastiach.
2.2 Použitie kovových zlúčenín v materiáloch absorbujúcich infračervené žiarenie
Tieto kovové zlúčeniny sa široko používajú v materiáloch absorbujúcich infračervené žiarenie. Napríklad ATO, ITO a AZO sa často používajú v transparentných vodivých, antistatických, radiačných náteroch a transparentných elektródach; WO3 sa široko používa v rôznych tepelnoizolačných, absorpčných a reflexných infračervených materiáloch vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam tienenia blízkeho infračerveného žiarenia a netoxickým vlastnostiam. Tieto kovové zlúčeniny zohrávajú dôležitú úlohu v oblasti infračervenej technológie vďaka svojim jedinečným vlastnostiam absorpcie infračerveného žiarenia.
2.3 Ktoré zlúčeniny vzácnych zemín môžu absorbovať infračervené lúče?
Spomedzi prvkov vzácnych zemín môžu hexaborid lantánu a nanočastice boridu lantánu absorbovať infračervené lúče.hexaborid lantánu (LaB6)je materiál široko používaný v radaroch, leteckom priemysle, elektronickom priemysle, prístrojovom priemysle, zdravotníckych zariadeniach, metalurgii domácich spotrebičov, ochrane životného prostredia a ďalších oblastiach. Najmä monokryštál hexaboridu lantánu je materiál na výrobu vysokovýkonných elektrónových trubíc, magnetrónov, elektrónových lúčov, iónových lúčov a urýchľovacích katód.
Okrem toho má nanorozmerný borid lantánu aj schopnosť absorbovať infračervené lúče. Používa sa v nátere na povrchu polyetylénových fólií na blokovanie infračervených lúčov zo slnečného svetla. Nanorozmerný borid lantánu síce absorbuje infračervené lúče, ale neabsorbuje príliš veľa viditeľného svetla. Tento materiál dokáže zabrániť prenikaniu infračervených lúčov do okenného skla v horúcom podnebí a dokáže efektívnejšie využívať svetelnú a tepelnú energiu v chladnom podnebí.
Prvky vzácnych zemín sa široko používajú v mnohých oblastiach vrátane vojenskej, jadrovej energie, špičkových technológií a spotrebného tovaru. Napríklad lantán sa používa na zlepšenie taktického výkonu zliatin v zbraniach a vybavení, gadolínium a jeho izotopy sa používajú ako absorbéry neutrónov v oblasti jadrovej energie a cér sa používa ako prísada do skla na absorpciu ultrafialového a infračerveného žiarenia.
Cér ako prísada do skla dokáže absorbovať ultrafialové a infračervené žiarenie a v súčasnosti sa hojne používa v automobilovom skle. Nielenže chráni pred ultrafialovým žiarením, ale tiež znižuje teplotu vo vnútri auta, čím šetrí elektrinu na klimatizáciu. Od roku 1997 sa do japonského automobilového skla pridáva oxid céru a v automobiloch sa začal používať v roku 1996.
3. Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami
3.1 Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami zahŕňajú najmä tieto aspekty:
Rozsah miery absorpcie: Miera absorpcie infračerveného žiarenia kovových zlúčenín sa líši v závislosti od faktorov, ako je typ kovu, stav povrchu, teplota a vlnová dĺžka infračerveného žiarenia. Bežné kovy, ako je hliník, meď a železo, majú zvyčajne mieru absorpcie infračerveného žiarenia medzi 10 % a 50 % pri izbovej teplote. Napríklad miera absorpcie infračerveného žiarenia čistého hliníkového povrchu pri izbovej teplote je približne 12 %, zatiaľ čo miera absorpcie drsného medeného povrchu môže dosiahnuť približne 40 %.
3.2 Vlastnosti a faktory ovplyvňujúce absorpciu infračerveného žiarenia kovovými zlúčeninami:
Druhy kovov: Rôzne kovy majú rôzne atómové štruktúry a usporiadanie elektrónov, čo má za následok ich rôzne absorpčné schopnosti pre infračervené lúče.
Stav povrchu: Drsnosť, oxidová vrstva alebo povlak kovového povrchu ovplyvní rýchlosť absorpcie.
Teplota: Zmeny teploty zmenia elektronický stav vo vnútri kovu, čím ovplyvnia jeho absorpciu infračerveného žiarenia.
Infračervená vlnová dĺžka: Rôzne vlnové dĺžky infračervených lúčov majú pre kovy rôzne absorpčné schopnosti.
Zmeny za špecifických podmienok: Za určitých špecifických podmienok sa môže miera absorpcie infračerveného žiarenia kovmi výrazne zmeniť. Napríklad, keď je kovový povrch potiahnutý vrstvou špeciálneho materiálu, jeho schopnosť absorbovať infračervené žiarenie sa môže zvýšiť. Okrem toho, zmeny v elektronickom stave kovov vo vysokoteplotnom prostredí môžu tiež viesť k zvýšeniu miery absorpcie.
Oblasti použitia: Vlastnosti kovových zlúčenín v oblasti absorpcie infračerveného žiarenia majú dôležitú aplikačnú hodnotu v infračervenej technológii, termovízii a ďalších oblastiach. Napríklad riadením povlaku alebo teploty kovového povrchu je možné upraviť jeho absorpciu infračerveného žiarenia, čo umožňuje aplikácie pri meraní teploty, termovízii atď.
Experimentálne metódy a výskumné pozadie: Výskumníci určili mieru absorpcie infračerveného žiarenia kovmi prostredníctvom experimentálnych meraní a odborných štúdií. Tieto údaje sú dôležité pre pochopenie optických vlastností kovových zlúčenín a vývoj súvisiacich aplikácií.
Stručne povedané, vlastnosti infračervenej absorpcie kovových zlúčenín sú ovplyvnené mnohými faktormi a môžu sa výrazne meniť za rôznych podmienok. Tieto vlastnosti sa široko používajú v mnohých oblastiach.