Die Liste der Materialien für Infrarotanwendungen

Einführung

Infrarotanwendungen haben über viele Jahre hinweg an Bedeutung gewonnen. Ingenieure und Wissenschaftler benötigen häufig Materialien, die unter Infrarotlicht gut funktionieren. Wir wollen uns verschiedene Materialklassen ansehen. Jede Gruppe hat ihre eigenen Stärken.

Fluoridkristalle (Kalziumfluorid, Bariumfluorid, Magnesiumfluorid)

Fluoridkristalle wie Kalziumfluorid, Bariumfluorid und Magnesiumfluorid werden in vielen optischen Systemen verwendet. Ihre wichtigste Eigenschaft ist die hohe Transparenz im Infrarotbereich. In vielen Fällen werden diese Kristalle bevorzugt für Linsen und Fenster in Hochleistungslasersystemen eingesetzt. Kalziumfluorid eignet sich beispielsweise gut für den Nahinfrarotbereich von 0,15 bis 8 Mikrometer. Bariumfluorid kann einen Bereich von bis zu 12 Mikrometern abdecken. Magnesiumfluorid ist für seine Haltbarkeit und die einfache Beschichtung von Oberflächen bekannt. Aufgrund dieser Eigenschaften sind Fluoridkristalle in Bereichen wie der Weltraumoptik und der modernen Spektroskopie sehr beliebt.

Chalkogenid-Materialien (Zinkselenid, Zinksulfid, Germanium)

Chalkogenidmaterialien wie Zinkselenid, Zinksulfid und Germanium bieten eine hervorragende Transmission im mittleren bis fernen Infrarotbereich. Germanium wird zum Beispiel in der Wärmebildtechnik eingesetzt, da es eine effektive Transmission zwischen 2 und 14 Mikrometern bietet. Zinksulfid und Zinkselenid werden häufig in Infrarotfenstern und -kuppeln für Raketenlenksysteme oder Wärmebildkameras eingesetzt. Aufgrund ihrer nichtlinearen optischen Eigenschaften sind sie auch für die Laserfrequenzumwandlung geeignet. Jedes dieser Materialien hat einen hohen Brechungsindex und ein spezifisches Transmissionsband, das für bestimmte Infrarotanwendungen sehr gut geeignet ist.

Oxidmaterialien (Saphir, Quarzglas, Yttriumoxid)

Oxidmaterialien sind für ihre Stabilität und Haltbarkeit bekannt. Saphir ist ein Favorit für Anwendungen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind und bei denen Robustheit gefragt ist. Es hat eine ausgezeichnete optische Klarheit vom ultravioletten bis zum mittleren Infrarotbereich. Quarzglas ist ein weiteres gängiges Oxid. Es ist bekannt für seine geringe Wärmeausdehnung und die Fähigkeit, in einem breiten Temperatur- und Wellenlängenbereich zu arbeiten. Yttriumoxid wird häufig in Hochtemperaturumgebungen verwendet und zeigt eine nützliche Infrarotübertragung jenseits von 3 Mikrometern. Die Stabilität und die optische Qualität dieser Oxide machen sie ideal für raue Umgebungen, einschließlich Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

Weitere Informationen: Saphir-, Rubin- und Aluminiumoxid-Substrate, Wie man sie auswählt

Halbleiter für Infrarot (Silizium, Galliumarsenid, Indiumantimonid)

Halbleitermaterialien wie Silizium, Galliumarsenid und Indiumantimonid haben in der Infrarottechnik einen besonderen Platz gefunden. Silizium funktioniert gut im nahen Infrarotbereich und wird häufig in Kamerasensoren und Kommunikationsgeräten verwendet. Galliumarsenid ermöglicht eine effiziente Lichtumwandlung und den Betrieb bei hohen Temperaturen, weshalb es häufig in der Raumfahrt eingesetzt wird. Indiumantimonid ist ein Schlüsselmaterial für Langwellen-Infrarotdetektoren, die häufig in Wärmebildkameras eingesetzt werden. Diese Halbleiter bieten die richtige Balance zwischen elektrischen und optischen Eigenschaften, um empfindliche Infrarotanwendungen in vielen modernen Geräten zu unterstützen.

Spezialgläser und Verbundwerkstoffe (Chalkogenid-Gläser, Infrarot-Glas, Polymer-Verbundwerkstoffe)

Spezialgläser und Verbundwerkstoffe vervollständigen die Liste der für Infrarotanwendungen verwendeten Materialien. Chalkogenidgläser eignen sich gut für Licht im mittleren und fernen Infrarotbereich. Sie haben einen hohen Brechungsindex und können zu komplexen Formen für Linsen und Fasern geformt werden. Infrarot-Gläser werden speziell bearbeitet, um Verunreinigungen zu entfernen, die Infrarotstrahlung absorbieren. Solche Gläser werden gerne für hochpräzise optische Tests und Lasersysteme verwendet. Polymerverbundwerkstoffe, die für den Einsatz im Infrarotbereich entwickelt wurden, versprechen eine Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender optischer Leistung. Diese Materialien eignen sich besonders für tragbare Optiken und leichte Bildgebungsgeräte, bei denen Platz und Gewicht eine wichtige Rolle spielen.

Anwendungen im gesamten Infrarotspektrum

Die Wahl des Materials hängt von dem spezifischen Infrarotbereich ab, der benötigt wird, und von der Umgebung, in der das Gerät eingesetzt werden soll.

Fluoridkristalle werden aufgrund ihrer geringen Absorption bevorzugt für Geräte im ultravioletten und kurzwelligen Infrarotbereich eingesetzt. Chalkogenid-Materialien eignen sich hervorragend für medizinische Bildgebungssysteme der Spitzenklasse, vor allem in Bereichen wie der thermischen Sichtprüfung und der Qualitätskontrolle. Oxidmaterialien sind in Umgebungen mit hoher Belastung und hohen Temperaturen, einschließlich der industriellen Verarbeitung und der Luft- und Raumfahrt, ein sicherer Platz. Halbleiter sind die Bausteine für Detektoren und Sensoren sowohl in Verbraucher- als auch in Spezialgeräten. Spezialgläser und Verbundwerkstoffe schließlich bieten Entwicklern Flexibilität und gewährleisten gleichzeitig eine präzise Leistung in Bildgebungs-, Sensor- und Kommunikationssystemen.

Jeder Materialtyp erfüllt strenge Kriterien, die von der optischen Technik und von Kostenüberlegungen bestimmt werden. Weitere Materiallisten und Vergleiche finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

F: Welches Material ist am besten für die Wärmebildtechnik geeignet?
F: Indiumantimonid ist für langwellige Infrarot-Wärmebilder sehr verbreitet.

F: Kann Silizium in allen Infrarotbereichen verwendet werden?
F: Silizium eignet sich gut für den Nahinfrarotbereich, hat aber im mittleren und fernen Infrarotbereich seine Grenzen.

F: Warum ist Quarzglas in rauen Umgebungen so beliebt?
F: Quarzglas hat eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Beständigkeit, ideal für raue Umgebungen.