赤外線を吸収するレアメタル化合物

希土類化合物を含む金属化合物は、赤外線吸収において重要な役割を果たします。レアメタルおよびレアアース化合物のリーダーとして、 アーバンマインズテック。株式会社 は、世界の顧客のほぼ 1/8 に赤外線吸収のサービスを提供しています。この件に関するお客様からの技術的なお問い合わせに対応するために、当社の研究開発センターがこの記事をまとめて回答を提供します。

1.金属化合物による赤外線吸収の原理と特徴

金属化合物による赤外線吸収の原理は、主に分子構造と化学結合の振動に基づいています。赤外分光法では、分子内の振動と回転エネルギーレベルの遷移を測定することで分子構造を研究します。金属化合物の化学結合の振動は、赤外線吸収、特に有機金属化合物の金属有機結合、多くの無機結合の振動、および結晶フレームの振動につながり、これらは赤外線スペクトルのさまざまな領域に現れます。

赤外スペクトルにおけるさまざまな金属化合物の性能:

(1).MXene 材料: MXene は、豊富な成分、金属伝導性、大きな比表面積、および活性表面を備えた二次元遷移金属炭素/窒素化合物です。近赤外線と中・遠赤外線帯域で異なる赤外線吸収率を有しており、近年赤外線迷彩や光熱変換などの分野で広く使用されています。

(2).銅化合物：リン含有銅化合物は、赤外線吸収剤の中でも優れた性能を発揮し、紫外線による黒化現象を効果的に防止し、優れた可視光線透過率と赤外線吸収特性を長期間安定して維持します。

実用化事例

(1).赤外線迷彩 : MXene 素材は、優れた赤外線吸収特性により、赤外線迷彩に広く使用されています。ターゲットの赤外線特性を効果的に低減し、隠蔽性を向上させることができます。

(2).光熱変換 : MXene 材料は中/遠赤外線帯域での低放射特性を備えており、光熱変換用途に適しており、光エネルギーを熱エネルギーに効率的に変換できます。

(3).窓材：窓材には赤外線吸収剤を配合した樹脂組成物を使用し、赤外線を効果的にカットし、エネルギー効率を向上させます。

これらの応用事例は、赤外線吸収における金属化合物の多様性と実用性、特に現代の科学と産業における金属化合物の重要な役割を実証しています。

2.赤外線を吸収できる金属化合物はどれですか?

赤外線を吸収する金属化合物としては、酸化アンチモン錫（ATO）、 インジウム錫酸化物 (ITO)、酸化アルミニウム亜鉛（AZO）、三酸化タングステン（WO3）、四酸化鉄（Fe3O4）、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）。

2.1 金属化合物の赤外線吸収特性

酸化アンチモン錫（ATO）：波長1500nmを超える近赤外線は遮蔽できますが、波長1500nm未満の紫外線および赤外線は遮蔽できません。

‌インジウムスズ酸化物 (ITO)：ATOと同様に近赤外線を遮蔽する効果があります。

酸化亜鉛アルミニウム（AZO）：近赤外線を遮蔽する働きもあります。

三酸化タングステン(WO3)：局在表面プラズモン共鳴効果と小さなポーラロン吸収機構を持ち、波長780〜2500nmの赤外線を遮蔽でき、無毒で安価です。

Fe3O4: 優れた赤外線吸収特性と熱応答特性があり、赤外線センサーや検出器によく使用されます。

チタン酸ストロンチウム (SrTiO3): 優れた赤外線吸収と光学特性があり、赤外線センサーや検出器に適しています。

フッ化エルビウム (ErF3) : 赤外線を吸収できる希土類化合物です。フッ化エルビウムはバラ色の結晶を持ち、融点は 1350°C、沸点は 2200°C、密度は 7.814g/cm3 です。主に光学コーティング、ファイバードーピング、レーザー結晶、単結晶原料、レーザー増幅器、触媒添加剤などの分野で使用されます。

2.2 金属化合物の赤外線吸収材料への応用

これらの金属化合物は赤外線吸収材料として広く使用されています。たとえば、ATO、ITO、および AZO は、透明導電性、帯電防止、放射線保護コーティングおよび透明電極によく使用されます。 WO3は、優れた近赤外線遮蔽性能と無毒な性質から、各種断熱材、赤外線吸収材、赤外線反射材として広く使用されています。これらの金属化合物は、その独特な赤外線吸収特性により、赤外線技術の分野で重要な役割を果たしています。

2.3 赤外線を吸収できる希土類化合物はどれですか?

希土類元素の中でも六ホウ化ランタンやナノサイズのホウ化ランタンは赤外線を吸収することができます。 六ホウ化ランタン (LaB6) レーダー、航空宇宙、エレクトロニクス産業、計装、医療機器、家電冶金、環境保護などの分野で広く使用されている材料です。特に、六ホウ化ランタン単結晶は、高出力電子管、マグネトロン、電子ビーム、イオンビーム、加速器陰極を製造するための材料です。

また、ナノスケールのホウ化ランタンは赤外線を吸収する性質もあります。太陽光に含まれる赤外線を遮断するために、ポリエチレンフィルムシートの表面にコーティングとして使用されます。ナノスケールのホウ化ランタンは赤外線を吸収しますが、可視光線をあまり吸収しません。暑い地域では窓ガラスへの赤外線の侵入を防ぎ、寒冷地では光と熱エネルギーをより有効に利用することができます。

レアアース元素は、軍事、原子力、ハイテク、日用品などの多くの分野で広く使用されています。たとえば、ランタンは兵器や装備品の合金の戦術的性能を向上させるために使用され、ガドリニウムとその同位体は原子力エネルギー分野の中性子吸収剤として使用され、セリウムは紫外線や赤外線を吸収するガラス添加剤として使用されます。

セリウムはガラス添加剤として紫外線や赤外線を吸収する作用があり、現在自動車ガラスに広く使用されています。紫外線を防ぐだけでなく、車内の温度を下げるのでエアコンの電気代の節約にもなります。 1997 年から日本の自動車ガラスに酸化セリウムが添加され、1996 年には自動車に使用されました。

3.金属化合物の赤外線吸収の性質と影響因子

3.1金属化合物による赤外線吸収の特性と影響要因には、主に次の側面が含まれます。

吸収率範囲：金属化合物の赤外線に対する吸収率は、金属の種類、表面状態、温度、赤外線の波長などにより異なります。アルミニウム、銅、鉄などの一般的な金属は、通常、室温で 10% ～ 50% の赤外線の吸収率を持っています。例えば、純アルミニウム表面の室温での赤外線の吸収率は約12%ですが、粗い銅表面の吸収率は約40%に達する場合があります。

3.2金属化合物による赤外線吸収の特性と影響因子:

金属の種類: 金属が異なると原子構造と電子配置が異なるため、赤外線の吸収能力が異なります。

表面状態: 金属表面の粗さ、酸化層、またはコーティングは吸収率に影響します。

温度: 温度の変化により金属内部の電子状態が変化し、それによって赤外線の吸収に影響します。

赤外線波長: 赤外線の波長が異なると、金属に対する吸収能力も異なります。

特定の条件下での変化: 特定の特定の条件下では、金属による赤外線の吸収率が大きく変化する場合があります。たとえば、金属表面を特殊な材料の層でコーティングすると、赤外線の吸収能力を高めることができます。さらに、高温環境における金属の電子状態の変化も吸収率の増加につながる可能性があります。

応用分野: 金属化合物の赤外線吸収特性は、赤外線技術、熱画像、およびその他の分野において重要な応用価値を持っています。たとえば、金属表面のコーティングや温度を制御することで赤外線の吸収を調整でき、温度測定や熱画像などへの応用が可能になります。

実験方法と研究の背景: 研究者は、実験測定と専門的研究を通じて、金属による赤外線の吸収率を決定しました。これらのデータは、金属化合物の光学特性を理解し、関連するアプリケーションを開発するために重要です。

要約すると、金属化合物の赤外線吸収特性は多くの要因の影響を受け、条件が異なると大きく変化する可能性があります。これらの特性は多くの分野で広く使用されています。