Seltene Metallverbindungen, die Infrarotstrahlen absorbieren

Metallverbindungen, darunter auch Seltenerdverbindungen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Infrarotabsorption. Als führendes Unternehmen im Bereich seltener Metalle und seltener Erdenverbindungen UrbanMines Tech. Co., Ltd. beliefert fast ein Achtel der weltweiten Kunden im Bereich Infrarotabsorption. Um die technischen Anfragen unserer Kunden zu diesem Thema zu beantworten, hat das Forschungs- und Entwicklungszentrum unseres Unternehmens diesen Artikel zusammengestellt, um Antworten zu geben

1. Das Prinzip und die Eigenschaften der Infrarotabsorption durch Metallverbindungen

Das Prinzip der Infrarotabsorption durch Metallverbindungen beruht hauptsächlich auf der Schwingung ihrer Molekülstruktur und chemischen Bindungen. Die Infrarotspektroskopie untersucht die Molekülstruktur, indem sie den Übergang intramolekularer Schwingungs- und Rotationsenergieniveaus misst. Die Schwingung chemischer Bindungen in Metallverbindungen führt zur Infrarotabsorption, insbesondere bei metallorganischen Bindungen in metallorganischen Verbindungen, zur Schwingung vieler anorganischer Bindungen und zur Schwingung des Kristallrahmens, die in verschiedenen Bereichen des Infrarotspektrums auftritt.

Leistung verschiedener Metallverbindungen in Infrarotspektren:

(1).MXene-Material: MXene ist eine zweidimensionale Übergangsmetall-Kohlenstoff/Stickstoff-Verbindung mit reichhaltigen Komponenten, metallischer Leitfähigkeit, einer großen spezifischen Oberfläche und einer aktiven Oberfläche. Es weist unterschiedliche Infrarotabsorptionsraten im Nahinfrarot- und Mittel-/Ferninfrarotbereich auf und wurde in den letzten Jahren häufig in der Infrarottarnung, der photothermischen Umwandlung und anderen Bereichen eingesetzt.

(2).Kupferverbindungen: Phosphorhaltige Kupferverbindungen eignen sich gut für Infrarotabsorber, indem sie das durch ultraviolette Strahlen verursachte Schwärzungsphänomen wirksam verhindern und die hervorragende Durchlässigkeit für sichtbares Licht und die Infrarotabsorptionseigenschaften über einen langen Zeitraum stabil aufrechterhalten.

Praktische Anwendungsfälle

(1).Infrarot-Tarnung: MXene-Materialien werden aufgrund ihrer hervorragenden Infrarot-Absorptionseigenschaften häufig zur Infrarot-Tarnung verwendet. Sie können die Infraroteigenschaften des Ziels effektiv reduzieren und die Tarnung verbessern.

(2).Photothermische Umwandlung: MXene-Materialien weisen niedrige Emissionseigenschaften im mittleren/fernen Infrarotbereich auf, die für photothermische Umwandlungsanwendungen geeignet sind und Lichtenergie effizient in Wärmeenergie umwandeln können.

(3).Fenstermaterialien: Harzzusammensetzungen, die Infrarotabsorber enthalten, werden in Fenstermaterialien verwendet, um Infrarotstrahlen wirksam zu blockieren und die Energieeffizienz zu verbessern.

Diese Anwendungsfälle demonstrieren die Vielfalt und Praktikabilität von Metallverbindungen bei der Infrarotabsorption, insbesondere ihre wichtige Rolle in der modernen Wissenschaft und Industrie.

2.Welche Metallverbindungen können Infrarotstrahlen absorbieren?

Zu den Metallverbindungen, die Infrarotstrahlen absorbieren können, gehören Antimonzinnoxid (ATO), Indiumzinnoxid (ITO), Aluminiumzinkoxid (AZO), Wolframtrioxid (WO3), Eisentetroxid (Fe3O4) und Strontiumtitanat (SrTiO3).

2.1 Infrarotabsorptionseigenschaften von Metallverbindungen

Antimonzinnoxid (ATO): Es kann Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge von mehr als 1500 nm abschirmen, nicht jedoch ultraviolettes Licht und Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von weniger als 1500 nm.

‌Indiumzinnoxid (ITO): Ähnlich wie ATO hat es die Wirkung, nahes Infrarotlicht abzuschirmen.

Zinkaluminiumoxid (AZO): Es hat auch die Funktion, nahes Infrarotlicht abzuschirmen.

Wolframtrioxid (WO3): Es verfügt über einen lokalisierten Oberflächenplasmonresonanzeffekt und einen kleinen Polaronabsorptionsmechanismus, kann Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 780–2500 nm abschirmen und ist ungiftig und kostengünstig.

Fe3O4: Es verfügt über gute Infrarotabsorptions- und Wärmereaktionseigenschaften und wird häufig in Infrarotsensoren und -detektoren verwendet.

Strontiumtitanat (SrTiO3): verfügt über hervorragende Infrarotabsorption und optische Eigenschaften und eignet sich für Infrarotsensoren und -detektoren.

Erbiumfluorid (ErF3): ist eine Seltenerdverbindung, die Infrarotstrahlen absorbieren kann. Erbiumfluorid hat rosafarbene Kristalle, einen Schmelzpunkt von 1350 °C, einen Siedepunkt von 2200 °C und eine Dichte von 7,814 g/cm³. Es wird hauptsächlich in optischen Beschichtungen, Faserdotierung, Laserkristallen, einkristallinen Rohstoffen, Laserverstärkern, Katalysatoradditiven und anderen Bereichen eingesetzt.

2.2 Anwendung von Metallverbindungen in infrarotabsorbierenden Materialien

Diese Metallverbindungen werden häufig in Infrarot-Absorptionsmaterialien verwendet. Beispielsweise werden ATO, ITO und AZO häufig in transparenten, leitfähigen, antistatischen, Strahlenschutzbeschichtungen und transparenten Elektroden verwendet; WO3 wird aufgrund seiner hervorragenden Abschirmleistung im nahen Infrarotbereich und seiner ungiftigen Eigenschaften häufig in verschiedenen Wärmedämm-, Absorptions- und Reflexionsinfrarotmaterialien verwendet. Diese Metallverbindungen spielen aufgrund ihrer einzigartigen Infrarotabsorptionseigenschaften eine wichtige Rolle im Bereich der Infrarottechnologie.

2.3 Welche Seltenerdverbindungen können Infrarotstrahlen absorbieren?

Unter den Seltenerdelementen können Lanthanhexaborid und Lanthanborid in Nanogröße Infrarotstrahlen absorbieren. Lanthanhexaborid (LaB6) ist ein Material, das in den Bereichen Radar, Luft- und Raumfahrt, Elektronikindustrie, Instrumentierung, medizinische Geräte, Metallurgie von Haushaltsgeräten, Umweltschutz und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Insbesondere Lanthanhexaborid-Einkristalle sind ein Material zur Herstellung von Hochleistungselektronenröhren, Magnetrons, Elektronenstrahlen, Ionenstrahlen und Beschleunigerkathoden.

Darüber hinaus besitzt nanoskaliges Lanthanborid auch die Eigenschaft, Infrarotstrahlen zu absorbieren. Es wird bei der Beschichtung der Oberfläche von Polyethylenfolien verwendet, um Infrarotstrahlen des Sonnenlichts zu blockieren. Während es Infrarotstrahlen absorbiert, absorbiert Lanthanborid im Nanomaßstab nicht zu viel sichtbares Licht. Dieses Material kann in heißen Klimazonen das Eindringen von Infrarotstrahlen in Fensterglas verhindern und in kalten Klimazonen Licht- und Wärmeenergie effektiver nutzen.

Seltenerdelemente werden in vielen Bereichen eingesetzt, darunter im Militär, in der Kernenergie, in der Hochtechnologie und bei Produkten des täglichen Bedarfs. Beispielsweise wird Lanthan zur Verbesserung der taktischen Leistung von Legierungen in Waffen und Ausrüstung verwendet, Gadolinium und seine Isotope werden als Neutronenabsorber im Bereich der Kernenergie eingesetzt und Cer wird als Glaszusatz zur Absorption von ultravioletten und infraroten Strahlen verwendet.

Cer als Glaszusatz kann ultraviolette und infrarote Strahlen absorbieren und wird heute häufig in Autoglas verwendet. Es schützt nicht nur vor ultravioletten Strahlen, sondern senkt auch die Temperatur im Auto und spart so Strom für die Klimaanlage. Seit 1997 wird japanischem Autoglas Ceroxid zugesetzt, und es wurde 1996 in Automobilen verwendet.

3.Eigenschaften und Einflussfaktoren der Infrarotabsorption durch Metallverbindungen

3.1Zu den Eigenschaften und Einflussfaktoren der Infrarotabsorption durch Metallverbindungen zählen im Wesentlichen folgende Aspekte:

Bereich der Absorptionsrate: Die Absorptionsrate von Metallverbindungen gegenüber Infrarotstrahlen variiert in Abhängigkeit von Faktoren wie Metalltyp, Oberflächenzustand, Temperatur und Wellenlänge der Infrarotstrahlen. Gewöhnliche Metalle wie Aluminium, Kupfer und Eisen haben bei Raumtemperatur normalerweise eine Absorptionsrate für Infrarotstrahlen zwischen 10 % und 50 %. Beispielsweise beträgt die Absorptionsrate einer Oberfläche aus reinem Aluminium gegenüber Infrarotstrahlen bei Raumtemperatur etwa 12 %, während die Absorptionsrate einer rauen Kupferoberfläche etwa 40 % erreichen kann.

3.2Eigenschaften und Einflussfaktoren der Infrarotabsorption durch Metallverbindungen:

Arten von Metallen: Verschiedene Metalle haben unterschiedliche Atomstrukturen und Elektronenanordnungen, was zu unterschiedlichen Absorptionsfähigkeiten für Infrarotstrahlen führt.

„Oberflächenzustand“: Die Rauheit, Oxidschicht oder Beschichtung der Metalloberfläche beeinflusst die Absorptionsrate.

„Temperatur“: Temperaturänderungen verändern den elektronischen Zustand im Inneren des Metalls und wirken sich dadurch auf dessen Absorption von Infrarotstrahlen aus.

„Infrarotwellenlänge“: Unterschiedliche Wellenlängen von Infrarotstrahlen haben unterschiedliche Absorptionsfähigkeiten für Metalle.

„Änderungen unter bestimmten Bedingungen“: Unter bestimmten spezifischen Bedingungen kann sich die Absorptionsrate von Infrarotstrahlen durch Metalle erheblich ändern. Wenn beispielsweise eine Metalloberfläche mit einer Schicht aus einem speziellen Material beschichtet wird, kann ihre Fähigkeit, Infrarotstrahlen zu absorbieren, verbessert werden. Darüber hinaus können Änderungen im elektronischen Zustand von Metallen in Umgebungen mit hohen Temperaturen auch zu einer Erhöhung der Absorptionsrate führen.

Anwendungsgebiete: Die Infrarotabsorptionseigenschaften von Metallverbindungen haben einen wichtigen Anwendungswert in der Infrarottechnologie, der Wärmebildtechnik und anderen Bereichen. Durch die Steuerung der Beschichtung oder Temperatur einer Metalloberfläche kann beispielsweise deren Absorption von Infrarotstrahlen angepasst werden, was Anwendungen in der Temperaturmessung, Wärmebildgebung usw. ermöglicht.

„Experimentelle Methoden und Forschungshintergrund“: Forscher bestimmten die Absorptionsrate von Infrarotstrahlen durch Metalle durch experimentelle Messungen und professionelle Studien. Diese Daten sind wichtig, um die optischen Eigenschaften von Metallverbindungen zu verstehen und entsprechende Anwendungen zu entwickeln.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Infrarotabsorptionseigenschaften von Metallverbindungen von vielen Faktoren beeinflusst werden und sich unter verschiedenen Bedingungen erheblich ändern können. Diese Eigenschaften werden in vielen Bereichen häufig genutzt.