Који је принцип апсорпције инфрацрвених зрака металним једињењима и који су фактори који утичу на то?
Метална једињења, укључујући једињења ретких земаља, играју кључну улогу у апсорпцији инфрацрвеног зрачења. Као лидер у производњи ретких метала и једињења ретких земаља,УрбанМајнс Тек. Ко., Лтд.опслужује скоро 1/8 светских купаца за инфрацрвену апсорпцију. Да бисмо одговорили на техничка питања наших купаца о овом питању, истраживачки и развојни центар наше компаније је саставио овај чланак како би пружио одговоре.
1. Принцип и карактеристике инфрацрвене апсорпције металних једињења
Принцип инфрацрвене апсорпције металних једињења углавном се заснива на вибрацији њихове молекуларне структуре и хемијских веза. Инфрацрвена спектроскопија проучава молекуларну структуру мерењем прелаза интрамолекуларних вибрација и нивоа ротационе енергије. Вибрација хемијских веза у металним једињењима довешће до инфрацрвене апсорпције, посебно метал-органских веза у метал-органским једињењима, вибрације многих неорганских веза и вибрације кристалног оквира, које ће се појавити у различитим областима инфрацрвеног спектра.
Перформансе различитих металних једињења у инфрацрвеним спектрима:
(1).MXene материјал: MXene је дводимензионално једињење прелазног метала-угљеника/азота са богатим компонентама, металном проводљивошћу, великом специфичном површином и активном површином. Има различите стопе инфрацрвене апсорпције у блиском инфрацрвеном и средњем/далеком инфрацрвеном опсегу и последњих година се широко користи у инфрацрвеној камуфлажи, фототермалној конверзији и другим областима.
(2).Једињења бакра: Једињења бакра која садрже фосфор добро се показују међу инфрацрвеним апсорберима, ефикасно спречавајући феномен зацрњења изазван ултраљубичастим зрацима и одржавајући одличну пропустљивост видљиве светлости и својства инфрацрвене апсорпције стабилно током дужег времена3.
Практични случајеви примене
(1).Инфрацрвена камуфлажа: MXene материјали се широко користе у инфрацрвеној камуфлажи због својих одличних својстава апсорпције инфрацрвеног зрачења. Они могу ефикасно смањити инфрацрвене карактеристике мете и побољшати прикривање2.
(2). Фототермална конверзија: MXene материјали имају карактеристике ниске емисије у средњем/далеком инфрацрвеном опсегу, што их чини погодним за примене фототермалне конверзије и могу ефикасно претворити светлосну енергију у топлотну енергију.
(3). Материјали за прозоре: Композиције смоле које садрже инфрацрвене апсорбере користе се у материјалима за прозоре како би ефикасно блокирале инфрацрвене зраке и побољшале енергетску ефикасност 3.
Ови случајеви примене демонстрирају разноликост и практичност металних једињења у инфрацрвеној апсорпцији, посебно њихову важну улогу у савременој науци и индустрији.
2. Која метална једињења могу да апсорбују инфрацрвене зраке?
Метална једињења која могу да апсорбују инфрацрвене зраке укључујуантимон калај оксид (ATO), индијум калај оксид (ITO), алуминијум-цинк оксид (AZO), волфрам-триоксид (WO3), гвожђе-тетроксид (Fe3O4) и стронцијум-титанат (SrTiO3).
2.1 Карактеристике инфрацрвене апсорпције металних једињења
Антимон калај оксид (ATO): Може да заштити блиску инфрацрвену светлост таласне дужине веће од 1500 nm, али не може да заштити ултраљубичасту светлост и инфрацрвену светлост таласне дужине мање од 1500 nm.
Индиј-калај оксид (ITO): Слично ATO-у, има ефекат заштите блиске инфрацрвене светлости.
Цинк алуминијум оксид (AZO): Такође има функцију заштите блиске инфрацрвене светлости.
Волфрам триоксид (WO3): Има локализовани ефекат површинске плазмонске резонанције и мали механизам апсорпције поларона, може заштитити инфрацрвено зрачење таласне дужине 780-2500 nm, нетоксичан је и јефтин.
Fe3O4: Има добра својства инфрацрвене апсорпције и термичког одзива и често се користи у инфрацрвеним сензорима и детекторима.
Стронцијум титанат (SrTiO3): има одличну инфрацрвену апсорпцију и оптичка својства, погодан за инфрацрвене сензоре и детекторе.
Ербијум флуорид (ErF3): је ретко земно једињење које може да апсорбује инфрацрвене зраке. Ербијум флуорид има ружичасте кристале, тачку топљења од 1350°C, тачку кључања од 2200°C и густину од 7,814 г/цм³. Углавном се користи у оптичким премазима, допирању влакана, ласерским кристалима, сировинама за монокристале, ласерским појачавачима, катализаторским адитивима и другим областима.
2.2 Примена металних једињења у материјалима који апсорбују инфрацрвено зрачење
Ова метална једињења се широко користе у материјалима за инфрацрвену апсорпцију. На пример, ATO, ITO и AZO се често користе у провидним проводљивим, антистатичким, премазима за заштиту од зрачења и провидним електродама; WO3 се широко користи у разним материјалима за топлотну изолацију, апсорпцију и рефлексију инфрацрвених зрачења због својих одличних перформанси заштите од блиског инфрацрвеног зрачења и нетоксичних својстава. Ова метална једињења играју важну улогу у области инфрацрвене технологије због својих јединствених карактеристика инфрацрвене апсорпције.
2.3 Која једињења ретких земаља могу да апсорбују инфрацрвене зраке?
Међу ретким земним елементима, лантан хексаборид и нано-лантан борид могу апсорбовати инфрацрвене зраке.Лантанов хексаборид (LaB6)је материјал који се широко користи у радарској, ваздухопловној, електронској индустрији, инструментима, медицинској опреми, металургији кућних апарата, заштити животне средине и другим областима. Конкретно, монокристал лантан хексаборида је материјал за израду електронских цеви велике снаге, магнетрона, електронских снопова, јонских снопова и акцелераторских катода.
Поред тога, наноразмерни лантан борид такође има својство апсорбовања инфрацрвених зрака. Користи се у премазу на површини полиетиленских фолија за блокирање инфрацрвених зрака сунчеве светлости. Иако апсорбује инфрацрвене зраке, наноразмерни лантан борид не апсорбује превише видљиве светлости. Овај материјал може спречити улазак инфрацрвених зрака у прозорско стакло у топлим климатским условима и може ефикасније користити светлосну и топлотну енергију у хладним климатским условима.
Ретки земни елементи се широко користе у многим областима, укључујући војску, нуклеарну енергију, високу технологију и производе свакодневне потрошње. На пример, лантан се користи за побољшање тактичких перформанси легура у оружју и опреми, гадолинијум и његови изотопи се користе као апсорбери неутрона у области нуклеарне енергије, а церијум се користи као адитив за стакло за апсорпцију ултраљубичастих и инфрацрвених зрака.
Церијум, као адитив за стакло, може да апсорбује ултраљубичасте и инфрацрвене зраке и сада се широко користи у аутомобилском стаклу. Не само да штити од ултраљубичастих зрака већ и смањује температуру унутар аутомобила, чиме штеди струју за климатизацију. Од 1997. године, јапанском аутомобилском стаклу се додаје церијум оксид, а у аутомобилима је коришћен 1996. године.
3. Особине и фактори који утичу на апсорпцију инфрацрвеног зрачења металним једињењима
3.1 Особине и фактори који утичу на инфрацрвену апсорпцију металних једињења углавном укључују следеће аспекте:
Распон стопе апсорпције: Стопа апсорпције инфрацрвених зрака металних једињења варира у зависности од фактора као што су врста метала, стање површине, температура и таласна дужина инфрацрвених зрака. Уобичајени метали попут алуминијума, бакра и гвожђа обично имају стопу апсорпције инфрацрвених зрака између 10% и 50% на собној температури. На пример, стопа апсорпције инфрацрвених зрака површине чистог алуминијума на собној температури је око 12%, док стопа апсорпције грубе површине бакра може достићи око 40%.
3.2 Својства и фактори који утичу на инфрацрвену апсорпцију металних једињења:
Врсте метала: Различити метали имају различите атомске структуре и распоред електрона, што резултира њиховим различитим способностима апсорпције инфрацрвених зрака.
Стање површине: Храпавост, оксидни слој или премаз металне површине утицаће на брзину апсорпције.
Температура: Промене температуре ће променити електронско стање унутар метала, што ће утицати на његову апсорпцију инфрацрвених зрака.
Инфрацрвена таласна дужина: Различите таласне дужине инфрацрвених зрака имају различите могућности апсорпције за метале.
Промене под одређеним условима: Под одређеним специфичним условима, брзина апсорпције инфрацрвених зрака од стране метала може се значајно променити. На пример, када је метална површина прекривена слојем посебног материјала, њена способност да апсорбује инфрацрвене зраке може се побољшати. Поред тога, промене у електронском стању метала у окружењима високе температуре такође могу довести до повећања брзине апсорпције.
Поља примене: Инфрацрвена апсорпциона својства металних једињења имају важну применну вредност у инфрацрвеној технологији, термовизијском снимању и другим областима. На пример, контролисањем премаза или температуре металне површине, може се подесити њена апсорпција инфрацрвених зрака, што омогућава примену у мерењу температуре, термовизијском снимању итд.
Експерименталне методе и позадина истраживања: Истраживачи су одредили брзину апсорпције инфрацрвених зрака од стране метала кроз експериментална мерења и стручне студије. Ови подаци су важни за разумевање оптичких својстава металних једињења и развој сродних примена.
Укратко, на својства инфрацрвене апсорпције металних једињења утиче много фактора и могу се значајно променити под различитим условима. Ова својства се широко користе у многим областима.