قائمة مواد تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

مقدمة

ازدادت أهمية تطبيقات الأشعة تحت الحمراء على مدى سنوات عديدة. غالبًا ما يحتاج المهندسون والعلماء إلى مواد تعمل بشكل جيد تحت ضوء الأشعة تحت الحمراء. دعونا نلقي نظرة على عدة فئات من المواد. كل مجموعة لها نقاط القوة الخاصة بها.

بلورات الفلورايد (فلوريد الكالسيوم وفلوريد الباريوم وفلوريد المغنيسيوم)

تُستخدمبلورات الفلوريد مثل فلوريد الكالسيوم وفلوريد الباريوم وفلوريد المغنيسيوم في العديد من الأنظمة البصرية. وتتمثل خاصيتها الرئيسية في الشفافية العالية في منطقة الأشعة تحت الحمراء. وفي كثير من الحالات، تُفضل هذه البلورات في العدسات والنوافذ في أنظمة الليزر عالية الطاقة. على سبيل المثال، يعمل فلوريد الكالسيوم بشكل جيد في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة من 0.15 إلى 8 ميكرون. ويمكن أن يغطي فلوريد الباريوم نطاقًا يصل إلى 12 ميكرون. ويشتهر فلوريد المغنيسيوم بمتانته وسهولة طلاء الأسطح. هذه الميزات تجعل بلورات الفلورايد شائعة في مجالات مثل البصريات الفضائية والتحليل الطيفي المتقدم.

مواد الكالكوجينيد (سيلينيد الزنك وكبريتيد الزنك والجرمانيوم)

توفرمواد الكالكوجينيد مثل سيلينيد الزنك وكبريتيد الزنك والجرمانيوم إرسالًا ممتازًا في مناطق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى البعيدة. يُستخدم الجرمانيوم، على سبيل المثال، في التصوير الحراري بسبب انتقاله الفعال بين 2 و14 ميكرون. كبريتيد الزنك وسيلينيد الزنك شائعان في نوافذ وقباب الأشعة تحت الحمراء لأنظمة توجيه الصواريخ أو الكاميرات الحرارية. كما أن خصائصها البصرية غير الخطية تجعلها مفيدة في تحويل تردد الليزر. لكل من هذه المواد معامل انكسار عالٍ ونطاق إرسال محدد يناسب بعض تطبيقات الأشعة تحت الحمراء بشكل جيد للغاية.

مواد الأكسيد (الياقوت والسيليكا المنصهرة وأكسيد الإيتريوم)

تشتهر مواد الأكسيد بثباتها ومتانتها. الياقوت هو المفضل للتطبيقات عالية الإجهاد التي تحتاج إلى المتانة. ويتميز بوضوح بصري ممتاز من الأشعة فوق البنفسجية حتى نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. السيليكا المنصهرة هي أكسيد شائع آخر. ويشتهر بتمدده الحراري المنخفض وقدرته على العمل عبر نطاق واسع من درجات الحرارة والأطوال الموجية. غالبًا ما يُستخدم أكسيد الإيتريوم في البيئات ذات درجات الحرارة العالية ويُظهر انتقالًا مفيدًا للأشعة تحت الحمراء يتجاوز 3 ميكرون. إن الثبات والجودة البصرية لهذه الأكاسيد تجعلها مثالية للبيئات القاسية، بما في ذلك تطبيقات الفضاء الجوي.

مزيد من القراءة: ركائز الياقوت والياقوت والألومينا، كيفية الاختيار

أشباه الموصلات للأشعة تحت الحمراء (السيليكون، زرنيخيد الغاليوم، أنتيمونيد الإنديوم)

لقد وجدتمواد أشباه الموصلات مثل السيليكون وزرسينيد الغاليوم وأنثيمونيد الإنديوم مكانة خاصة في تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء. يعمل السيليكون بشكل جيد في الأشعة تحت الحمراء القريبة ويستخدم على نطاق واسع في مستشعرات الكاميرات وأجهزة الاتصالات. يوفر زرنيخيد الغاليوم تحويلًا فعالًا للضوء وتشغيلًا عالي الحرارة، مما يجعله شائعًا في التطبيقات الفضائية. ويُعد إنديوم أنتيمونيد الإنديوم مادة رئيسية لكاشفات الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة، وغالباً ما تُستخدم في كاميرات التصوير الحراري. وتوفر أشباه الموصلات هذه التوازن الصحيح بين الخصائص الكهربائية والبصرية لدعم تطبيقات الأشعة تحت الحمراء الحساسة في العديد من الأجهزة الحديثة.

النظارات والمركبات المتخصصة (نظارات الكالكوجينيد، وزجاج الأشعة تحت الحمراء ومركبات البوليمر)

تكمل النظارات والمركبات المتخصصة قائمة المواد المستخدمة في تطبيقات الأشعة تحت الحمراء. زجاج الكالكوجينيد مناسب تمامًا للأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة. وتتميز بمؤشرات انكسار عالية ويمكن تشكيلها في أشكال معقدة للعدسات والألياف. تتم معالجة زجاج الأشعة تحت الحمراء خصيصًا لإزالة الشوائب التي تمتص الأشعة تحت الحمراء. هذه النظارات شائعة في الاختبارات البصرية عالية الدقة وأنظمة الليزر. تُظهر مركبات البوليمر المصممة للاستخدام بالأشعة تحت الحمراء نتائج واعدة في تقليل الوزن مع الحفاظ على الأداء البصري. وتُعد هذه المواد مفيدة بشكل خاص في البصريات القابلة للارتداء وأجهزة التصوير خفيفة الوزن حيث تكون المساحة والوزن أمرًا بالغ الأهمية.

التطبيقات عبر طيف الأشعة تحت الحمراء

يعتمد اختيار المواد على نطاق الأشعة تحت الحمراء المحدد المطلوب والبيئة التي سيعمل فيها الجهاز.

ويفضل استخدام بلورات الفلورايد، بفضل امتصاصها المنخفض، في أجهزة الأشعة تحت الحمراء فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة. تتفوق مواد الكالكوجينيد في أنظمة التصوير الطبي المتطورة، خاصة في مجالات الدفع مثل الرؤية الحرارية ومراقبة الجودة. وتتمتع مواد الأكسيد بمكانة مؤمنة في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية، بما في ذلك المعالجة الصناعية وتطبيقات الفضاء. أما أشباه الموصلات فهي لبنات بناء أجهزة الكشف والاستشعار في كل من المعدات الاستهلاكية والمتخصصة. وأخيراً، توفر النظارات والمركبات المتخصصة للمصممين المرونة مع ضمان الأداء الدقيق في أنظمة التصوير والاستشعار والاتصالات.

يلبي كل نوع من المواد المعايير الصارمة التي تحددها الممارسات الهندسية البصرية واعتبارات التكلفة. لمزيد من قائمة المواد والمقارنة، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما هي المادة الأفضل للتصوير الحراري؟
س: إن أنثيمونيد الإنديوم شائع جدًا للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة.

و: هل يمكن استخدام السيليكون في جميع نطاقات الأشعة تحت الحمراء؟
س: يعمل السيليكون بشكل جيد في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة ولكن له قيود في الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة.

س: س: لماذا يشيع استخدام السيليكا المنصهرة في البيئات القاسية؟
س: تتميز السيليكا المنصهرة بتمدد حراري منخفض ومتانة عالية، وهي مثالية للأماكن القاسية.