Lista de materiales para aplicaciones de infrarrojos

Introducción

Las aplicaciones infrarrojas han cobrado importancia a lo largo de los años. Los ingenieros y científicos necesitan a menudo materiales que funcionen bien bajo la luz infrarroja. Veamos varias clases de materiales. Cada grupo tiene sus propios puntos fuertes.

Cristales de fluoruro (fluoruro de calcio, fluoruro de bario, fluoruro de magnesio)

Loscristales de fluoruro, como el fluoruro de calcio, el fluoruro de bario y el fluoruro de magnesio, se utilizan en muchos sistemas ópticos. Su propiedad clave es la alta transparencia en la región infrarroja. En muchos casos, estos cristales son los preferidos para lentes y ventanas en sistemas láser de alta potencia. Por ejemplo, el fluoruro de calcio funciona bien en la gama del infrarrojo cercano, de 0,15 a 8 micras. El fluoruro de bario puede cubrir una gama de hasta 12 micras. El fluoruro de magnesio es conocido por su durabilidad y facilidad para recubrir superficies. Estas características hacen que los cristales de fluoruro sean populares en campos como la óptica espacial y la espectroscopia avanzada.

Materiales de calcogenuro (seleniuro de zinc, sulfuro de zinc, germanio)

Los materiales de calcogenuro, como el seleniuro de zinc, el sulfuro de zinc y el germanio, ofrecen una excelente transmisión en las regiones del infrarrojo medio y lejano. El germanio, por ejemplo, se utiliza en imágenes térmicas por su eficaz transmisión entre 2 y 14 micras. El sulfuro de zinc y el seleniuro de zinc son habituales en ventanas y cúpulas de infrarrojos para sistemas de guiado de misiles o cámaras térmicas. Sus propiedades ópticas no lineales también los hacen útiles en la conversión de frecuencias láser. Cada uno de estos materiales tiene un índice de refracción elevado y una banda de transmisión específica que se adapta muy bien a determinadas aplicaciones de infrarrojos.

Materiales de óxido (zafiro, sílice fundida, óxido de itrio)

Los materiales de óxido son conocidos por su estabilidad y durabilidad. El zafiro es uno de los favoritos para aplicaciones de alta tensión en las que se necesita resistencia. Tiene una excelente claridad óptica desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio. La sílice fundida es otro óxido común. Es famoso por su baja expansión térmica y su capacidad para trabajar en una amplia gama de temperaturas y longitudes de onda. El óxido de itrio se utiliza a menudo en entornos de alta temperatura y muestra una transmisión infrarroja útil más allá de las 3 micras. La estabilidad y calidad óptica de estos óxidos los hacen ideales para entornos difíciles, incluidas las aplicaciones aeroespaciales.

Más información: Cómo elegir sustratos de zafiro, rubí y alúmina

Semiconductores para infrarrojos (silicio, arseniuro de galio, antimonuro de indio)

Los materiales semiconductores como el silicio, el arseniuro de galio y el antimonio de indio ocupan un lugar especial en la tecnología de infrarrojos. El silicio funciona bien en el infrarrojo cercano y se utiliza ampliamente en sensores de cámaras y dispositivos de comunicación. El arseniuro de galio ofrece una conversión de luz eficiente y un funcionamiento a altas temperaturas, por lo que es habitual en aplicaciones espaciales. El antimoniuro de indio es un material clave para los detectores de infrarrojos de onda larga, a menudo utilizados en cámaras de imagen térmica. Estos semiconductores ofrecen el equilibrio adecuado de propiedades eléctricas y ópticas para soportar aplicaciones sensibles a los infrarrojos en muchos dispositivos modernos.

Vidrios especiales y compuestos (vidrios calcogenuros, vidrios de grado infrarrojo, compuestos poliméricos)

Los vidrios especiales y los compuestos completan la lista de materiales utilizados para aplicaciones de infrarrojos. Los vidrios calcogenuros son muy adecuados para la luz infrarroja media y lejana. Tienen altos índices de refracción y pueden moldearse en formas complejas para lentes y fibras. El vidrio infrarrojo se procesa especialmente para eliminar las impurezas que absorben la radiación infrarroja. Estos vidrios son muy utilizados en pruebas ópticas de alta precisión y sistemas láser. Los compuestos poliméricos diseñados para su uso en infrarrojos prometen reducir el peso manteniendo las prestaciones ópticas. Estos materiales son especialmente útiles en óptica portátil y dispositivos de imagen ligeros en los que el espacio y el peso son cruciales.

Aplicaciones en el espectro infrarrojo

La elección del material depende de la gama de infrarrojos específica que se necesite y del entorno en el que vaya a funcionar el dispositivo.

Los cristales de fluoruro, con su baja absorción, son los preferidos en dispositivos de infrarrojos ultravioleta y de onda corta. Los materiales de calcogenuro sobresalen en los sistemas de imagen médica de gama alta, sobre todo en áreas de empuje como el avistamiento térmico y el control de calidad. Los materiales de óxido tienen un lugar asegurado en entornos de alta tensión y alta temperatura, como el procesamiento industrial y las aplicaciones aeroespaciales. Los semiconductores son los componentes básicos de detectores y sensores tanto en equipos de consumo como especializados. Por último, los vidrios especiales y los materiales compuestos ofrecen flexibilidad a los diseñadores y garantizan un rendimiento preciso en sistemas de imagen, detección y comunicación.

Cada tipo de material cumple estrictos criterios establecidos por las prácticas de ingeniería óptica y consideraciones de coste. Para obtener más información sobre la lista y comparación de materiales, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Preguntas más frecuentes

F: ¿Qué material es mejor para la termografía?
P: El antimonido de indio es muy común para la termografía infrarroja de onda larga.

F: ¿Se puede utilizar el silicio en todos los rangos de infrarrojos?
P: El silicio funciona bien en el rango del infrarrojo cercano, pero tiene limitaciones en el infrarrojo medio y lejano.

F: ¿Por qué es popular la sílice fundida en entornos difíciles?
P: La sílice fundida tiene una baja dilatación térmica y una gran durabilidad, lo que la hace ideal para entornos difíciles.