धातूंच्या संयुगांद्वारे अवरक्त किरणे शोषून घेण्याचे तत्त्व काय आहे आणि त्यावर परिणाम करणारे घटक कोणते आहेत?
दुर्लभ मृदा संयुगांसहित धातूंची संयुगे, अवरक्त शोषणात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. दुर्लभ धातू आणि दुर्लभ मृदा संयुगांच्या क्षेत्रातील एक अग्रणी म्हणून,अर्बनमाइन्स टेक. कं. लि.इन्फ्रारेड शोषणासाठी जगातील जवळपास १/८ ग्राहकांना सेवा देते. या विषयावरील आमच्या ग्राहकांच्या तांत्रिक प्रश्नांची उत्तरे देण्यासाठी, आमच्या कंपनीच्या संशोधन आणि विकास केंद्राने हा लेख संकलित केला आहे.
१. धातूंच्या संयुगांद्वारे अवरक्त शोषणाचे तत्त्व आणि वैशिष्ट्ये
धातूंच्या संयुगांद्वारे अवरक्त किरणांचे शोषण होण्याचे तत्त्व मुख्यत्वे त्यांच्या रेणवीय संरचनेच्या आणि रासायनिक बंधांच्या कंपनांवर आधारित आहे. अवरक्त वर्णलेखनशास्त्र हे आंतररेणवीय कंपन आणि परिभ्रमण ऊर्जा पातळ्यांमधील संक्रमणाचे मापन करून रेणवीय संरचनेचा अभ्यास करते. धातूंच्या संयुगांमधील रासायनिक बंधांच्या कंपनांमुळे अवरक्त किरणांचे शोषण होते, विशेषतः धातू-सेंद्रिय संयुगांमधील धातू-सेंद्रिय बंध, अनेक अजैविक बंधांचे कंपन आणि स्फटिक चौकटीच्या कंपनांमुळे, जे अवरक्त वर्णपटाच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये दिसून येते.
अवरक्त वर्णपटात विविध धातू संयुगांची कामगिरी :
(1). एमएक्सिन पदार्थ: एमएक्सिन हे एक द्विमितीय संक्रमण धातू-कार्बन/नायट्रोजन संयुग आहे, ज्यात भरपूर घटक, धातूसारखी वाहकता, मोठे विशिष्ट पृष्ठक्षेत्रफळ आणि सक्रिय पृष्ठभाग असतो. जवळच्या-अवरक्त आणि मध्य/दूर-अवरक्त पट्ट्यांमध्ये याचे अवरक्त शोषण दर वेगवेगळे असतात आणि अलिकडच्या वर्षांत अवरक्त छद्मवेष, प्रकाश-औष्णिक रूपांतरण आणि इतर क्षेत्रांमध्ये याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे.
(2). तांब्याची संयुगे: फॉस्फरसयुक्त तांब्याची संयुगे इन्फ्रारेड शोषकांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी करतात, अतिनील किरणांमुळे होणारे काळे पडण्याचे प्रमाण प्रभावीपणे रोखतात आणि उत्कृष्ट दृश्य प्रकाश पारगम्यता आणि इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्म दीर्घ काळासाठी स्थिरपणे टिकवून ठेवतात 3.
व्यावहारिक अनुप्रयोगांची उदाहरणे
(1). इन्फ्रारेड कॅमोफ्लाज: एमएक्सिन मटेरियल त्यांच्या उत्कृष्ट इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्मांमुळे इन्फ्रारेड कॅमोफ्लाजमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ते लक्ष्याच्या इन्फ्रारेड वैशिष्ट्यांना प्रभावीपणे कमी करू शकतात आणि लपण्याची क्षमता सुधारू शकतात 2.
(2). फोटोथर्मल रूपांतरण: एमएक्सिन सामग्रीमध्ये मध्य/दूर इन्फ्रारेड बँडमध्ये कमी उत्सर्जन वैशिष्ट्ये आहेत, जी फोटोथर्मल रूपांतरण अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहेत आणि प्रकाश ऊर्जेचे उष्णता ऊर्जेमध्ये कार्यक्षमतेने रूपांतर करू शकतात 2.
(3). खिडकीचे साहित्य: इन्फ्रारेड किरण प्रभावीपणे रोखण्यासाठी आणि उर्जेची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी खिडकीच्या साहित्यामध्ये इन्फ्रारेड शोषक असलेले रेझिन मिश्रण वापरले जाते 3.
ही उपयोजन उदाहरणे अवरक्त शोषणामध्ये धातूंच्या संयुगांची विविधता आणि उपयुक्तता, विशेषतः आधुनिक विज्ञान आणि उद्योगातील त्यांची महत्त्वाची भूमिका दर्शवतात.
२. कोणते धातूंचे संयुगे अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकतात?
अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकणाऱ्या धातूंच्या संयुगांमध्ये यांचा समावेश होतोअँटिमनी टिन ऑक्साइड (एटीओ), इंडियम टिन ऑक्साइड (ITO), ॲल्युमिनियम झिंक ऑक्साइड (AZO), टंगस्टन ट्रायऑक्साइड (WO3), आयर्न टेट्रॉक्साइड (Fe3O4) आणि स्ट्रॉन्टियम टायटनेट (SrTiO3).
२.१ धातू संयुगांची अवरक्त शोषण वैशिष्ट्ये
अँटिमनी टिन ऑक्साइड (एटीओ): हे १५०० एनएम पेक्षा जास्त तरंगलांबीच्या नियर-इन्फ्रारेड प्रकाशाला रोखू शकते, परंतु अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाश आणि १५०० एनएम पेक्षा कमी तरंगलांबीच्या इन्फ्रारेड प्रकाशाला रोखू शकत नाही.
इंडियम टिन ऑक्साइड (ITO): ATO प्रमाणेच, यात जवळच्या-अवरक्त प्रकाशाला रोखण्याचा प्रभाव असतो.
झिंक ॲल्युमिनियम ऑक्साईड (AZO): यात जवळच्या इन्फ्रारेड प्रकाशाला रोखण्याचे कार्य देखील आहे.
टंगस्टन ट्रायऑक्साइड (WO3): यात स्थानिक पृष्ठभाग प्लाझमोन अनुनाद प्रभाव आणि लहान पोलरॉन शोषण यंत्रणा आहे, ते 780-2500 nm तरंगलांबीच्या अवरक्त किरणांपासून संरक्षण करू शकते, आणि ते बिनविषारी व स्वस्त आहे.
Fe3O4: यात चांगले इन्फ्रारेड शोषण आणि औष्णिक प्रतिसाद गुणधर्म आहेत आणि ते बहुतेकदा इन्फ्रारेड सेन्सर आणि डिटेक्टरमध्ये वापरले जाते.
स्ट्रॉन्शियम टायटनेट (SrTiO3): यात उत्कृष्ट इन्फ्रारेड शोषण आणि ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत, जे इन्फ्रारेड सेन्सर आणि डिटेक्टरसाठी उपयुक्त आहेत.
अर्बियम फ्लोराइड (ErF3): हे एक दुर्मिळ मूलद्रव्य आहे जे अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकते. अर्बियम फ्लोराइडचे स्फटिक गुलाबी रंगाचे असतात, त्याचा वितळणांक १३५०°C, उत्कलणांक २२००°C आणि घनता ७.८१४ ग्रॅम/सेमी³ आहे. याचा उपयोग प्रामुख्याने ऑप्टिकल कोटिंग्ज, फायबर डोपिंग, लेझर क्रिस्टल्स, एकल-स्फटिक कच्चा माल, लेझर ॲम्प्लिफायर्स, उत्प्रेरक मिश्रके आणि इतर क्षेत्रांमध्ये केला जातो.
२.२ अवरक्त शोषक पदार्थांमध्ये धातूंच्या संयुगांचा उपयोग
ही धातू संयुगे इन्फ्रारेड शोषण सामग्रीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात. उदाहरणार्थ, ATO, ITO, आणि AZO यांचा वापर अनेकदा पारदर्शक प्रवाहकीय, स्थिरविद्युतरोधक, किरणोत्सर्ग संरक्षण लेप आणि पारदर्शक इलेक्ट्रोडमध्ये केला जातो; WO3 त्याच्या उत्कृष्ट निकट-इन्फ्रारेड परिरक्षण क्षमतेमुळे आणि बिनविषारी गुणधर्मांमुळे विविध उष्णतारोधक, शोषण आणि परावर्तन इन्फ्रारेड सामग्रीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. ही धातू संयुगे त्यांच्या अद्वितीय इन्फ्रारेड शोषण वैशिष्ट्यांमुळे इन्फ्रारेड तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
२.३ कोणते दुर्मिळ मृदा संयुगे अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकतात?
दुर्लभ मृदा मूलद्रव्यांपैकी, लँथेनम हेक्साबोराइड आणि नॅनो-आकाराचे लँथेनम बोराइड अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकतात.लँथेनम हेक्साबोराइड (LaB6)हा एक पदार्थ आहे जो रडार, अंतराळ, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, उपकरणे, वैद्यकीय उपकरणे, घरगुती उपकरणांची धातूशास्त्र, पर्यावरण संरक्षण आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. विशेषतः, लँथेनम हेक्साबोराइडचा एकल स्फटिक हा उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉन ट्यूब, मॅग्नेट्रॉन, इलेक्ट्रॉन बीम, आयन बीम आणि ॲक्सिलरेटर कॅथोड बनवण्यासाठी वापरला जाणारा पदार्थ आहे.
याव्यतिरिक्त, नॅनो-स्केल लँथेनम बोराइडमध्ये अवरक्त किरणे शोषून घेण्याचा गुणधर्म देखील आहे. सूर्यप्रकाशातील अवरक्त किरणे रोखण्यासाठी पॉलिथिलीन फिल्म शीटच्या पृष्ठभागावरील लेपामध्ये याचा वापर केला जातो. अवरक्त किरणे शोषून घेताना, नॅनो-स्केल लँथेनम बोराइड जास्त प्रमाणात दृश्य प्रकाश शोषून घेत नाही. हे मटेरियल उष्ण हवामानात खिडकीच्या काचेमध्ये अवरक्त किरणे शिरण्यापासून रोखू शकते आणि थंड हवामानात प्रकाश व उष्णता ऊर्जेचा अधिक प्रभावीपणे वापर करण्यास मदत करते.
दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्यांचा वापर लष्करी, अणुऊर्जा, उच्च तंत्रज्ञान आणि दैनंदिन वापराच्या वस्तू यांसारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. उदाहरणार्थ, लँथेनमचा उपयोग शस्त्रे आणि उपकरणांमधील मिश्रधातूंची सामरिक कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी केला जातो, गॅडोलिनियम आणि त्याच्या समस्थानिकांचा उपयोग अणुऊर्जा क्षेत्रात न्यूट्रॉन शोषक म्हणून केला जातो, आणि सेरियमचा उपयोग अतिनील व अवरक्त किरणे शोषण्यासाठी काचेमध्ये एक पूरक घटक म्हणून केला जातो.
सेरियम, काचेमध्ये मिसळण्याचा एक घटक म्हणून, अतिनील आणि अवरक्त किरणे शोषून घेऊ शकते आणि आता त्याचा वापर मोटारगाड्यांच्या काचेमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. हे केवळ अतिनील किरणांपासून संरक्षणच करत नाही, तर गाडीच्या आतील तापमानही कमी करते, ज्यामुळे वातानुकूलनासाठी लागणाऱ्या विजेची बचत होते. १९९७ पासून जपानी मोटारगाड्यांच्या काचेमध्ये सेरियम ऑक्साईड मिसळले जात आहे आणि १९९६ मध्ये त्याचा वापर मोटारगाड्यांमध्ये सुरू झाला.
३. धातूंच्या संयुगांद्वारे होणाऱ्या अवरक्त शोषणाचे गुणधर्म आणि प्रभावित करणारे घटक
३.१ धातूंच्या संयुगांद्वारे होणाऱ्या अवरक्त शोषणाचे गुणधर्म आणि प्रभावित करणाऱ्या घटकांमध्ये प्रामुख्याने खालील बाबींचा समावेश होतो:
शोषण दराची श्रेणी: धातूंच्या संयुगांचा अवरक्त किरणांप्रति असलेला शोषण दर हा धातूचा प्रकार, पृष्ठभागाची स्थिती, तापमान आणि अवरक्त किरणांची तरंगलांबी यांसारख्या घटकांवर अवलंबून असतो. ॲल्युमिनियम, तांबे आणि लोह यांसारख्या सामान्य धातूंचा अवरक्त किरणांप्रति शोषण दर सामान्य तापमानात साधारणपणे १०% ते ५०% च्या दरम्यान असतो. उदाहरणार्थ, सामान्य तापमानात शुद्ध ॲल्युमिनियमच्या पृष्ठभागाचा अवरक्त किरणांप्रति शोषण दर सुमारे १२% असतो, तर खडबडीत तांब्याच्या पृष्ठभागाचा शोषण दर सुमारे ४०% पर्यंत पोहोचू शकतो.
३.२ धातूंच्या संयुगांद्वारे होणाऱ्या अवरक्त शोषणाचे गुणधर्म आणि प्रभावित करणारे घटक:
धातूंचे प्रकार: वेगवेगळ्या धातूंमध्ये अणूंची संरचना आणि इलेक्ट्रॉनची मांडणी वेगवेगळी असते, ज्यामुळे अवरक्त किरणे शोषून घेण्याची त्यांची क्षमताही वेगवेगळी असते.
पृष्ठभागाची स्थिती: धातूच्या पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा, ऑक्साईडचा थर किंवा लेप शोषणाच्या दरावर परिणाम करेल.
तापमान: तापमानातील बदलांमुळे धातूच्या आतील इलेक्ट्रॉनिक स्थिती बदलते, त्यामुळे अवरक्त किरणांच्या शोषणावर परिणाम होतो.
इन्फ्रारेड तरंगलांबी: इन्फ्रारेड किरणांच्या वेगवेगळ्या तरंगलांबींमध्ये धातूंसाठी शोषण क्षमता वेगवेगळी असते.
विशिष्ट परिस्थितींमधील बदल: काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, धातूंद्वारे अवरक्त किरणांच्या शोषणाचा दर लक्षणीयरीत्या बदलू शकतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा धातूच्या पृष्ठभागावर एका विशेष पदार्थाचा थर चढवला जातो, तेव्हा त्याची अवरक्त किरणे शोषण्याची क्षमता वाढू शकते. याव्यतिरिक्त, उच्च-तापमानाच्या वातावरणात धातूंच्या इलेक्ट्रॉनिक अवस्थेतील बदलांमुळे देखील शोषण दरात वाढ होऊ शकते.
अनुप्रयोग क्षेत्रे: धातूंच्या संयुगांच्या इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्मांना इन्फ्रारेड तंत्रज्ञान, थर्मल इमेजिंग आणि इतर क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाचे अनुप्रयोग मूल्य आहे. उदाहरणार्थ, धातूच्या पृष्ठभागावरील लेप किंवा तापमान नियंत्रित करून, त्याचे इन्फ्रारेड किरणांचे शोषण समायोजित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे तापमान मापन, थर्मल इमेजिंग इत्यादींमध्ये उपयोग शक्य होतो.
प्रायोगिक पद्धती आणि संशोधनाची पार्श्वभूमी: संशोधकांनी प्रायोगिक मोजमाप आणि व्यावसायिक अभ्यासाद्वारे धातूंद्वारे अवरक्त किरणांच्या शोषणाचा दर निश्चित केला. धातूंच्या संयुगांचे प्रकाशीय गुणधर्म समजून घेण्यासाठी आणि संबंधित अनुप्रयोग विकसित करण्यासाठी ही माहिती महत्त्वाची आहे.
थोडक्यात सांगायचे झाल्यास, धातूंच्या संयुगांच्या अवरक्त शोषण गुणधर्मांवर अनेक घटकांचा परिणाम होतो आणि वेगवेगळ्या परिस्थितीत त्यात लक्षणीय बदल होऊ शकतो. या गुणधर्मांचा अनेक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर उपयोग केला जातो.