Composés de métaux rares absorbant les rayons infrarouges

Les composés métalliques, notamment les composés des terres rares, jouent un rôle crucial dans l’absorption infrarouge. En tant que leader des composés de métaux rares et de terres rares, Technologie des Mines Urbaines. Co., Ltd. dessert près d'un huitième des clients mondiaux en matière d'absorption infrarouge. Pour répondre aux demandes techniques de nos clients à ce sujet, le centre de recherche et développement de notre société a compilé cet article pour apporter des réponses.

1.Le principe et les caractéristiques de l'absorption infrarouge par les composés métalliques

Le principe de l’absorption infrarouge par les composés métalliques repose principalement sur la vibration de leur structure moléculaire et de leurs liaisons chimiques. La spectroscopie infrarouge étudie la structure moléculaire en mesurant la transition des vibrations intramoléculaires et des niveaux d'énergie de rotation. La vibration des liaisons chimiques dans les composés métalliques entraînera une absorption infrarouge, en particulier les liaisons métal-organiques dans les composés métal-organiques, la vibration de nombreuses liaisons inorganiques et la vibration du cadre cristallin, qui apparaîtront dans différentes régions du spectre infrarouge.

Performances des différents composés métalliques dans les spectres infrarouges :

(1).Matériau MXène : MXène est un composé bidimensionnel métal de transition-carbone/azote avec des composants riches, une conductivité métallique, une grande surface spécifique et une surface active. Il présente différents taux d'absorption infrarouge dans les bandes du proche infrarouge et du moyen/lointain et a été largement utilisé dans le camouflage infrarouge, la conversion photothermique et d'autres domaines ces dernières années.

(2).Composés de cuivre : Les composés de cuivre contenant du phosphore fonctionnent bien parmi les absorbeurs infrarouges, empêchant efficacement le phénomène de noircissement provoqué par les rayons ultraviolets et maintenant d'excellentes propriétés de transmission de la lumière visible et d'absorption infrarouge de manière stable pendant une longue période.

Cas d'application pratiques

(1).Camouflage infrarouge : Les matériaux MXene sont largement utilisés dans le camouflage infrarouge en raison de leurs excellentes propriétés d'absorption infrarouge. Ils peuvent réduire efficacement les caractéristiques infrarouges de la cible et améliorer la dissimulation.

(2).Conversion photothermique : les matériaux MXene ont de faibles caractéristiques d'émission dans les bandes infrarouges moyen/lointain, qui conviennent aux applications de conversion photothermique et peuvent convertir efficacement l'énergie lumineuse en énergie thermique.

(3).Matériaux de fenêtre : des compositions de résine contenant des absorbeurs infrarouges sont utilisées dans les matériaux de fenêtre pour bloquer efficacement les rayons infrarouges et améliorer l'efficacité énergétique.

Ces cas d'application démontrent la diversité et le caractère pratique des composés métalliques dans l'absorption infrarouge, en particulier leur rôle important dans la science et l'industrie modernes.

2.Quels composés métalliques peuvent absorber les rayons infrarouges ?

Les composés métalliques capables d'absorber les rayons infrarouges comprennent l'oxyde d'antimoine et d'étain (ATO), oxyde d'indium et d'étain (ITO), oxyde d'aluminium et de zinc (AZO), trioxyde de tungstène (WO3), tétroxyde de fer (Fe3O4) et titanate de strontium (SrTiO3).

2.1 Caractéristiques d'absorption infrarouge des composés métalliques

Oxyde d'antimoine et d'étain (ATO) : il peut protéger la lumière proche infrarouge d'une longueur d'onde supérieure à 1 500 nm, mais ne peut pas protéger la lumière ultraviolette et la lumière infrarouge d'une longueur d'onde inférieure à 1 500 nm.

‌Oxyde d'étain et d'indium (ITO): Semblable à l’ATO, il a pour effet de protéger la lumière proche infrarouge.

Oxyde de zinc et d'aluminium (AZO) : Il a également pour fonction de protéger la lumière proche infrarouge.

Trioxyde de tungstène (WO3): Il a un effet de résonance plasmonique de surface localisé et un petit mécanisme d'absorption des polarons, peut protéger le rayonnement infrarouge d'une longueur d'onde de 780 à 2 500 nm, et est non toxique et peu coûteux.

Fe3O4 : Il possède de bonnes propriétés d'absorption infrarouge et de réponse thermique et est souvent utilisé dans les capteurs et détecteurs infrarouges.

Titanate de strontium (SrTiO3) : possède d'excellentes propriétés d'absorption infrarouge et optiques, adaptées aux capteurs et détecteurs infrarouges.

Fluorure d'erbium (ErF3) : est un composé de terres rares capable d'absorber les rayons infrarouges. Le fluorure d'erbium a des cristaux de couleur rose, un point de fusion de 1 350 °C, un point d'ébullition de 2 200 °C et une densité de 7,814 g/cm³. Il est principalement utilisé dans les revêtements optiques, le dopage des fibres, les cristaux laser, les matières premières monocristallines, les amplificateurs laser, les additifs catalytiques et d'autres domaines.

2.2 Application de composés métalliques dans les matériaux absorbant les infrarouges

Ces composés métalliques sont largement utilisés dans les matériaux d’absorption infrarouge. Par exemple, ATO, ITO et AZO sont souvent utilisés dans les revêtements transparents conducteurs, antistatiques, de radioprotection et dans les électrodes transparentes ; Le WO3 est largement utilisé dans divers matériaux d'isolation thermique, d'absorption et de réflexion infrarouge en raison de ses excellentes performances de blindage dans le proche infrarouge et de ses propriétés non toxiques. Ces composés métalliques jouent un rôle important dans le domaine de la technologie infrarouge en raison de leurs caractéristiques uniques d’absorption infrarouge.

2.3 Quels composés de terres rares peuvent absorber les rayons infrarouges ?

Parmi les éléments des terres rares, l'hexaborure de lanthane et le borure de lanthane de taille nanométrique peuvent absorber les rayons infrarouges. Hexaborure de lanthane (LaB6) est un matériau largement utilisé dans les radars, l'aérospatiale, l'industrie électronique, l'instrumentation, les équipements médicaux, la métallurgie des appareils électroménagers, la protection de l'environnement et d'autres domaines. En particulier, le monocristal d'hexaborure de lanthane est un matériau permettant de fabriquer des tubes électroniques de haute puissance, des magnétrons, des faisceaux d'électrons, des faisceaux d'ions et des cathodes d'accélérateur.

De plus, le borure de lanthane à l’échelle nanométrique possède également la propriété d’absorber les rayons infrarouges. Il est utilisé dans le revêtement de la surface des feuilles de film de polyéthylène pour bloquer les rayons infrarouges du soleil. Tout en absorbant les rayons infrarouges, le borure de lanthane à l’échelle nanométrique n’absorbe pas trop de lumière visible. Ce matériau peut empêcher les rayons infrarouges de pénétrer dans les vitres dans les climats chauds et peut utiliser plus efficacement l’énergie lumineuse et thermique dans les climats froids.

Les éléments des terres rares sont largement utilisés dans de nombreux domaines, notamment l’armée, l’énergie nucléaire, la haute technologie et les produits de consommation quotidienne. Par exemple, le lanthane est utilisé pour améliorer les performances tactiques des alliages dans les armes et les équipements, le gadolinium et ses isotopes sont utilisés comme absorbeurs de neutrons dans le domaine de l'énergie nucléaire et le cérium est utilisé comme additif au verre pour absorber les rayons ultraviolets et infrarouges.

Le cérium, en tant qu'additif pour le verre, peut absorber les rayons ultraviolets et infrarouges et est désormais largement utilisé dans le verre automobile. Non seulement il protège des rayons ultraviolets, mais il réduit également la température à l’intérieur de la voiture, économisant ainsi de l’électricité pour la climatisation. Depuis 1997, du verre automobile japonais a été additionné d'oxyde de cérium et il a été utilisé dans les automobiles en 1996.

3. Propriétés et facteurs d'influence de l'absorption infrarouge par les composés métalliques

3.1Les propriétés et les facteurs d'influence de l'absorption infrarouge par les composés métalliques comprennent principalement les aspects suivants :

Plage de taux d'absorption : Le taux d'absorption des composés métalliques par les rayons infrarouges varie en fonction de facteurs tels que le type de métal, l'état de surface, la température et la longueur d'onde des rayons infrarouges. Les métaux courants tels que l’aluminium, le cuivre et le fer ont généralement un taux d’absorption des rayons infrarouges compris entre 10 % et 50 % à température ambiante. Par exemple, le taux d'absorption de la surface de l'aluminium pur aux rayons infrarouges à température ambiante est d'environ 12 %, tandis que le taux d'absorption de la surface du cuivre brut peut atteindre environ 40 %.

3.2Propriétés et facteurs d'influence de l'absorption infrarouge par les composés métalliques :

Types de métaux : Différents métaux ont des structures atomiques et des arrangements électroniques différents, ce qui entraîne leurs différentes capacités d'absorption des rayons infrarouges.

État de surface : La rugosité, la couche d'oxyde ou le revêtement de la surface métallique affectera le taux d'absorption.

Température : les changements de température modifieront l'état électronique à l'intérieur du métal, affectant ainsi son absorption des rayons infrarouges.

Longueur d'onde infrarouge : Différentes longueurs d'onde des rayons infrarouges ont des capacités d'absorption différentes pour les métaux.

Changements dans des conditions spécifiques : Dans certaines conditions spécifiques, le taux d'absorption des rayons infrarouges par les métaux peut changer de manière significative. Par exemple, lorsqu’une surface métallique est recouverte d’une couche d’un matériau spécial, sa capacité à absorber les rayons infrarouges peut être améliorée. De plus, les changements dans l’état électronique des métaux dans des environnements à haute température peuvent également entraîner une augmentation du taux d’absorption.

Champs d'application : Les propriétés d'absorption infrarouge des composés métalliques ont une valeur d'application importante dans la technologie infrarouge, l'imagerie thermique et d'autres domaines. Par exemple, en contrôlant le revêtement ou la température d'une surface métallique, son absorption des rayons infrarouges peut être ajustée, permettant des applications dans la mesure de la température, l'imagerie thermique, etc.

Méthodes expérimentales et contexte de recherche : Les chercheurs ont déterminé le taux d'absorption des rayons infrarouges par les métaux grâce à des mesures expérimentales et des études professionnelles. Ces données sont importantes pour comprendre les propriétés optiques des composés métalliques et développer des applications associées.

En résumé, les propriétés d’absorption infrarouge des composés métalliques sont affectées par de nombreux facteurs et peuvent changer considérablement dans différentes conditions. Ces propriétés sont largement utilisées dans de nombreux domaines.