A lista de materiais para aplicações de infravermelho

Introdução

As aplicações de infravermelho têm crescido em importância ao longo dos anos. Os engenheiros e cientistas geralmente precisam de materiais que funcionem bem sob luz infravermelha. Vamos dar uma olhada em várias classes de materiais. Cada grupo tem seus próprios pontos fortes.

Cristais de fluoreto (fluoreto de cálcio, fluoreto de bário, fluoreto de magnésio)

Os cristais de fluoreto, como fluoreto de cálcio, fluoreto de bário e fluoreto de magnésio, são usados em muitos sistemas ópticos. Sua principal propriedade é a alta transparência na região do infravermelho. Em muitos casos, esses cristais são preferidos para lentes e janelas em sistemas de laser de alta potência. Por exemplo, o fluoreto de cálcio funciona bem na faixa do infravermelho próximo, de 0,15 a 8 mícrons. O fluoreto de bário pode cobrir uma faixa de até 12 mícrons. O fluoreto de magnésio é conhecido por sua durabilidade e facilidade de revestimento de superfícies. Essas características tornam os cristais de fluoreto populares em campos como a óptica espacial e a espectroscopia avançada.

Materiais de calcogeneto (seleneto de zinco, sulfeto de zinco, germânio)

Os materiais calcogenetos, como o seleneto de zinco, o sulfeto de zinco e o germânio, oferecem excelente transmissão nas regiões do infravermelho médio e distante. O germânio, por exemplo, é usado em imagens térmicas devido à sua transmissão eficaz entre 2 e 14 mícrons. O sulfeto de zinco e o seleneto de zinco são comuns em janelas e domos infravermelhos para sistemas de orientação de mísseis ou câmeras térmicas. Suas propriedades ópticas não lineares também os tornam úteis na conversão de frequência de laser. Cada um desses materiais tem um alto índice de refração e uma banda de transmissão específica que se adapta muito bem a determinadas aplicações de infravermelho.

Materiais de óxido (safira, sílica fundida, óxido de ítrio)

Os materiais de óxido são bem conhecidos por sua estabilidade e durabilidade. A safira é a favorita para aplicações de alto estresse em que a resistência é necessária. Ela tem excelente clareza óptica desde o ultravioleta até a faixa do infravermelho médio. A sílica fundida é outro óxido comum. Ele é conhecido por sua baixa expansão térmica e pela capacidade de trabalhar em uma ampla faixa de temperaturas e comprimentos de onda. O óxido de ítrio é usado com frequência em ambientes de alta temperatura e apresenta uma transmissão infravermelha útil além de 3 mícrons. A estabilidade e a qualidade óptica desses óxidos os tornam ideais para ambientes adversos, inclusive aplicações aeroespaciais.

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Semicondutores para infravermelho (silício, arseneto de gálio, antimoneto de índio)

Os materiais semicondutores, como silício, arseneto de gálio e antimoneto de índio, encontraram um lugar especial na tecnologia de infravermelho. O silício funciona bem no infravermelho próximo e é amplamente utilizado em sensores de câmeras e dispositivos de comunicação. O arseneto de gálio oferece conversão eficiente de luz e operação em alta temperatura, o que o torna comum em aplicações espaciais. O antimoneto de índio é um material essencial para detectores de infravermelho de ondas longas, geralmente usado em câmeras de imagens térmicas. Esses semicondutores oferecem o equilíbrio certo de propriedades elétricas e ópticas para suportar aplicações sensíveis de infravermelho em muitos dispositivos modernos.

Vidros e compostos especiais (vidros de calcogeneto, vidros de grau infravermelho, compostos de polímero)

Vidros especiais e compostos completam a lista de materiais usados para aplicações de infravermelho. Os vidros calcogenetos são adequados para a luz infravermelha média e distante. Eles têm altos índices de refração e podem ser moldados em formas complexas para lentes e fibras. O vidro de grau infravermelho é processado especialmente para remover as impurezas que absorvem a radiação infravermelha. Esses vidros são populares para testes ópticos de alta precisão e sistemas a laser. Os compostos de polímeros projetados para uso em infravermelho são promissores na redução do peso e na manutenção do desempenho óptico. Esses materiais são especialmente úteis em óptica vestível e dispositivos leves de geração de imagens em que o espaço e o peso são cruciais.

Aplicações em todo o espectro infravermelho

A escolha do material depende da faixa específica de infravermelho necessária e do ambiente em que o dispositivo irá operar.

Os cristais de flúor, com sua baixa absorção, são preferidos em dispositivos de infravermelho ultravioleta e de ondas curtas. Os materiais de calcogeneto se destacam em sistemas de imagens médicas de alta qualidade, especialmente em áreas de impulso, como visão térmica e controle de qualidade. Os materiais de óxido têm um ponto de segurança em ambientes de alta tensão e alta temperatura, incluindo processamento industrial e aplicações aeroespaciais. Os semicondutores são os blocos de construção de detectores e sensores em equipamentos de consumo e especializados. Por fim, os vidros e compostos especiais oferecem flexibilidade aos projetistas e garantem um desempenho preciso em sistemas de imagem, detecção e comunicação.

Cada tipo de material atende a critérios rigorosos definidos por práticas de engenharia óptica e considerações de custo. Para obter mais listas e comparações de materiais, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Perguntas frequentes

F: Qual é o melhor material para geração de imagens térmicas?
P: O antimoneto de índio é muito comum em imagens térmicas de infravermelho de ondas longas.

F: O silício pode ser usado em todas as faixas de infravermelho?
P: O silício funciona bem na faixa do infravermelho próximo, mas tem limitações no infravermelho médio e distante.

F: Por que a sílica fundida é popular em ambientes adversos?
P: A sílica fundida tem baixa expansão térmica e alta durabilidade, ideal para ambientes difíceis.