Який принцип поглинання інфрачервоних променів металевими сполуками та які фактори на це впливають?
Сполуки металів, включаючи рідкісноземельні сполуки, відіграють вирішальну роль у поглинанні інфрачервоного випромінювання. Як лідер у виробництві сполук рідкісних металів та рідкісноземельних сполук,UrbanMines Tech. Co., Ltdобслуговує майже 1/8 світових клієнтів з інфрачервоного поглинання. Щоб відповісти на технічні запити наших клієнтів з цього питання, науково-дослідний центр нашої компанії склав цю статтю з відповідями.
1. Принцип та характеристики поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками
Принцип поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками головним чином базується на коливаннях їхньої молекулярної структури та хімічних зв'язків. Інфрачервона спектроскопія вивчає молекулярну структуру, вимірюючи перехід внутрішньомолекулярних коливань та рівнів енергії обертання. Коливання хімічних зв'язків у металевих сполуках призводять до поглинання інфрачервоного випромінювання, особливо металоорганічних зв'язків у металоорганічних сполуках, коливань багатьох неорганічних зв'язків та коливань кристалічного каркаса, які проявляються в різних областях інфрачервоного спектру.
Характеристики різних металевих сполук в інфрачервоних спектрах:
(1). Матеріал MXene: MXene — це двовимірна сполука перехідного металу, вуглецю та азоту з багатим складом компонентів, металевою провідністю, великою питомою поверхнею та активною поверхнею. Він має різні коефіцієнти поглинання інфрачервоного випромінювання в ближньому та середньому/далекому інфрачервоних діапазонах і в останні роки широко використовується в інфрачервоному камуфляжі, фототермічному перетворенні та інших галузях.
(2).Сполуки міді: Фосфоровмісні сполуки міді добре зарекомендували себе серед поглиначів інфрачервоного випромінювання, ефективно запобігаючи явищу почорніння, спричиненому ультрафіолетовими променями, та стабільно зберігаючи відмінні властивості пропускання видимого світла та поглинання інфрачервоного випромінювання протягом тривалого часу3.
Практичні приклади застосування
(1). Інфрачервоний камуфляж: матеріали MXene широко використовуються в інфрачервоному камуфляжі завдяки своїм чудовим властивостям поглинання інфрачервоного випромінювання. Вони можуть ефективно зменшувати інфрачервоні характеристики цілі та покращувати маскування.
(2).Фототермічне перетворення: Матеріали MXene мають низькі емісійні характеристики в середньому/далекому інфрачервоному діапазонах, що підходить для застосувань фототермічного перетворення та може ефективно перетворювати світлову енергію в теплову2.
(3). Віконні матеріали: Смоляні композиції, що містять інфрачервоні поглиначі, використовуються у віконних матеріалах для ефективного блокування інфрачервоних променів та підвищення енергоефективності 3.
Ці приклади застосування демонструють різноманітність та практичність металевих сполук в інфрачервоному поглинанні, особливо їхню важливу роль у сучасній науці та промисловості.
2. Які металеві сполуки можуть поглинати інфрачервоні промені?
Металеві сполуки, які можуть поглинати інфрачервоні промені, включаютьоксид сурми та олова (ATO), оксид індію-олова (ITO), оксид алюмінію-цинку (AZO), триоксид вольфраму (WO3), чотириоксид заліза (Fe3O4) та титанат стронцію (SrTiO3).
2.1 Характеристики інфрачервоного поглинання металевих сполук
Оксид сурми та олова (ATO): Він може екранувати ближнє інфрачервоне світло з довжиною хвилі більше 1500 нм, але не може екранувати ультрафіолетове світло та інфрачервоне світло з довжиною хвилі менше 1500 нм.
Оксид індію та олова (ITO): Подібно до ATO, він має ефект екранування ближнього інфрачервоного світла.
Оксид цинку та алюмінію (AZO): Він також має функцію екранування ближнього інфрачервоного світла.
Триоксид вольфраму (WO3): має локалізований поверхневий плазмонний резонансний ефект та невеликий механізм поглинання поляронів, може екранувати інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі 780-2500 нм, є нетоксичним та недорогим.
Fe3O4: Він має хороші властивості поглинання інфрачервоного випромінювання та теплової реакції і часто використовується в інфрачервоних датчиках та детекторах.
Титанат стронцію (SrTiO3): має чудові властивості поглинання інфрачервоного випромінювання та оптичні властивості, підходить для інфрачервоних сенсорів та детекторів.
Фторид ербію (ErF3): це рідкоземельна сполука, яка може поглинати інфрачервоні промені. Фторид ербію має рожеві кристали, температуру плавлення 1350°C, температуру кипіння 2200°C та густину 7,814 г/см³. Він в основному використовується в оптичних покриттях, легуванні волокон, лазерних кристалах, монокристалічній сировині, лазерних підсилювачах, каталітичних добавках та інших галузях.
2.2 Застосування металевих сполук у матеріалах, що поглинають інфрачервоне випромінювання
Ці металеві сполуки широко використовуються в матеріалах, що поглинають інфрачервоне випромінювання. Наприклад, ATO, ITO та AZO часто використовуються в прозорих провідних, антистатичних, радіаційно-захисних покриттях та прозорих електродах; WO3 широко використовується в різних теплоізоляційних, поглинаючих та відбивних інфрачервоних матеріалах завдяки своїм чудовим характеристикам екранування ближнього інфрачервоного випромінювання та нетоксичним властивостям. Ці металеві сполуки відіграють важливу роль в галузі інфрачервоних технологій завдяки своїм унікальним характеристикам поглинання інфрачервоного випромінювання.
2.3 Які рідкоземельні сполуки можуть поглинати інфрачервоні промені?
Серед рідкоземельних елементів гексаборид лантану та нанорозмірний борид лантану можуть поглинати інфрачервоні промені.Гексаборид лантану (LaB6)– це матеріал, що широко використовується в радіолокаційній, аерокосмічній, електронній промисловості, приладобудуванні, медичному обладнанні, металургії побутової техніки, захисті навколишнього середовища та інших галузях. Зокрема, монокристалічний гексаборид лантану є матеріалом для виготовлення потужних електронних ламп, магнетронів, електронних пучків, іонних пучків та катодів прискорювачів.
Крім того, нанорозмірний борид лантану також має властивість поглинати інфрачервоні промені. Він використовується в покритті на поверхні поліетиленової плівки для блокування інфрачервоних променів сонячного світла. Поглинаючи інфрачервоні промені, нанорозмірний борид лантану не поглинає занадто багато видимого світла. Цей матеріал може запобігти потраплянню інфрачервоних променів у віконне скло в жаркому кліматі та може ефективніше використовувати світлову та теплову енергію в холодному кліматі.
Рідкоземельні елементи широко використовуються в багатьох галузях, включаючи військову справу, ядерну енергетику, високі технології та товари повсякденного вжитку. Наприклад, лантан використовується для покращення тактичних характеристик сплавів у зброї та спорядженні, гадоліній та його ізотопи використовуються як поглиначі нейтронів у галузі ядерної енергетики, а церій використовується як добавка до скла для поглинання ультрафіолетових та інфрачервоних променів.
Церій, як добавка до скла, може поглинати ультрафіолетові та інфрачервоні промені та зараз широко використовується в автомобільному склі. Він не тільки захищає від ультрафіолетових променів, але й знижує температуру всередині автомобіля, тим самим заощаджуючи електроенергію на кондиціонування повітря. З 1997 року до японського автомобільного скла додають оксид церію, а в автомобілях його почали використовувати з 1996 року.
3. Властивості та фактори впливу на поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками
3.1 Властивості та фактори впливу на поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками включають головним чином такі аспекти:
Діапазон коефіцієнтів поглинання: Коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів металевими сполуками змінюється залежно від таких факторів, як тип металу, стан поверхні, температура та довжина хвилі інфрачервоних променів. Звичайні метали, такі як алюміній, мідь та залізо, зазвичай мають коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів від 10% до 50% за кімнатної температури. Наприклад, коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів поверхнею чистого алюмінію за кімнатної температури становить близько 12%, тоді як коефіцієнт поглинання шорсткою мідною поверхнею може сягати близько 40%.
3.2 Властивості та фактори, що впливають на поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками:
Типи металів: Різні метали мають різні атомні структури та розташування електронів, що призводить до їхньої різної здатності поглинати інфрачервоні промені.
Стан поверхні: Шорсткість, оксидний шар або покриття металевої поверхні впливатимуть на швидкість поглинання.
Температура: Зміни температури змінюють електронний стан всередині металу, тим самим впливаючи на поглинання ним інфрачервоних променів.
Довжина хвилі інфрачервоного випромінювання: Різні довжини хвиль інфрачервоних променів мають різну здатність поглинати метали.
Зміни за певних умов: За певних умов коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів металами може суттєво змінюватися. Наприклад, коли металева поверхня покрита шаром спеціального матеріалу, її здатність поглинати інфрачервоні промені може бути покращена. Крім того, зміни електронного стану металів у середовищах з високою температурою також можуть призвести до збільшення коефіцієнта поглинання.
Галузі застосування: Властивості поглинання інфрачервоного випромінювання металевими сполуками мають важливе прикладне значення в інфрачервоній технології, тепловізії та інших галузях. Наприклад, контролюючи покриття або температуру металевої поверхні, можна регулювати поглинання нею інфрачервоних променів, що дозволяє застосовувати їх у вимірюванні температури, тепловізії тощо.
Експериментальні методи та передумови дослідження: Дослідники визначили коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів металами за допомогою експериментальних вимірювань та професійних досліджень. Ці дані важливі для розуміння оптичних властивостей металевих сполук та розробки відповідних застосувань.
Таким чином, властивості поглинання інфрачервоного випромінювання металевих сполук залежать від багатьох факторів і можуть суттєво змінюватися за різних умов. Ці властивості широко використовуються в багатьох галузях.