ধাতব যৌগসমূহের অবলোহিত রশ্মি শোষণের মূলনীতি কী এবং এর উপর প্রভাব বিস্তারকারী উপাদানগুলো কী কী?
বিরল মৃত্তিকা যৌগ সহ ধাতব যৌগসমূহ ইনফ্রারেড শোষণে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। বিরল ধাতু এবং বিরল মৃত্তিকা যৌগের ক্ষেত্রে একজন অগ্রণী হিসেবে,আরবানমাইন্স টেক কোং, লিমিটেডইনফ্রারেড শোষণের ক্ষেত্রে বিশ্বের প্রায় এক-অষ্টমাংশ গ্রাহককে পরিষেবা প্রদান করে। এই বিষয়ে আমাদের গ্রাহকদের প্রযুক্তিগত জিজ্ঞাসার সমাধান করার জন্য, আমাদের কোম্পানির গবেষণা ও উন্নয়ন কেন্দ্র এই নিবন্ধটি সংকলন করেছে।
১. ধাতব যৌগ দ্বারা অবলোহিত রশ্মি শোষণের নীতি ও বৈশিষ্ট্য
ধাতব যৌগ দ্বারা অবলোহিত রশ্মি শোষণের মূলনীতি প্রধানত তাদের আণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধনের কম্পনের উপর ভিত্তি করে গঠিত। অবলোহিত বর্ণালিবীক্ষণ আন্তঃআণবিক কম্পন এবং ঘূর্ণন শক্তি স্তরের রূপান্তর পরিমাপের মাধ্যমে আণবিক গঠন অধ্যয়ন করে। ধাতব যৌগের রাসায়নিক বন্ধনের কম্পনের ফলে অবলোহিত রশ্মি শোষণ ঘটে, বিশেষ করে ধাতব-জৈব যৌগের ধাতব-জৈব বন্ধন, অনেক অজৈব বন্ধনের কম্পন এবং কেলাস কাঠামোর কম্পনের কারণে, যা অবলোহিত বর্ণালীর বিভিন্ন অঞ্চলে দৃশ্যমান হয়।
ইনফ্রারেড বর্ণালীতে বিভিন্ন ধাতব যৌগের কর্মক্ষমতা :
(1). এমএক্সিন উপাদান: এমএক্সিন হল একটি দ্বি-মাত্রিক ট্রানজিশন ধাতু-কার্বন/নাইট্রোজেন যৌগ যার মধ্যে রয়েছে সমৃদ্ধ উপাদান, ধাতব পরিবাহিতা, একটি বৃহৎ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং একটি সক্রিয় পৃষ্ঠ। নিকট-ইনফ্রারেড এবং মধ্য/দূর-ইনফ্রারেড ব্যান্ডে এর বিভিন্ন ইনফ্রারেড শোষণ হার রয়েছে এবং সাম্প্রতিক বছরগুলিতে এটি ইনফ্রারেড ক্যামোফ্লেজ, ফটোথার্মাল রূপান্তর এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে।
(2).তামার যৌগ : ফসফরাস-যুক্ত তামার যৌগগুলি ইনফ্রারেড শোষকগুলির মধ্যে ভাল কাজ করে, কার্যকরভাবে অতিবেগুনী রশ্মির কারণে সৃষ্ট কালো হয়ে যাওয়ার ঘটনা প্রতিরোধ করে এবং দীর্ঘ সময়ের জন্য স্থিতিশীলভাবে চমৎকার দৃশ্যমান আলো সঞ্চালন এবং ইনফ্রারেড শোষণ বৈশিষ্ট্য বজায় রাখে3।
বাস্তব প্রয়োগের উদাহরণ
(1). ইনফ্রারেড ক্যামোফ্লেজ: MXene উপাদানগুলি তাদের চমৎকার ইনফ্রারেড শোষণ ক্ষমতার কারণে ইনফ্রারেড ক্যামোফ্লেজে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এগুলি কার্যকরভাবে লক্ষ্যের ইনফ্রারেড বৈশিষ্ট্য হ্রাস করতে এবং গোপনীয়তা উন্নত করতে পারে।2.
(2). ফোটোথার্মাল রূপান্তর: MXene উপকরণগুলির মধ্য/দূরবর্তী ইনফ্রারেড ব্যান্ডে কম নির্গমন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা ফোটোথার্মাল রূপান্তর অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত এবং দক্ষতার সাথে আলোক শক্তিকে তাপ শক্তিতে রূপান্তর করতে পারে2।
(3). জানালার উপকরণ: ইনফ্রারেড রশ্মি কার্যকরভাবে রোধ করতে এবং শক্তি দক্ষতা উন্নত করতে জানালার উপকরণে ইনফ্রারেড শোষকযুক্ত রেজিন মিশ্রণ ব্যবহার করা হয় 3।
এই প্রয়োগক্ষেত্রগুলো অবলোহিত রশ্মি শোষণে ধাতব যৌগসমূহের বৈচিত্র্য ও কার্যকারিতা তুলে ধরে, বিশেষত আধুনিক বিজ্ঞান ও শিল্পে এদের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা।
২. কোন ধাতব যৌগগুলো অবলোহিত রশ্মি শোষণ করতে পারে?
যেসব ধাতব যৌগ ইনফ্রারেড রশ্মি শোষণ করতে পারে, সেগুলোর মধ্যে রয়েছেঅ্যান্টিমনি টিন অক্সাইড (ATO), ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (আইটিও)অ্যালুমিনিয়াম জিঙ্ক অক্সাইড (AZO), টাংস্টেন ট্রাইঅক্সাইড (WO3), আয়রন টেট্রোক্সাইড (Fe3O4) এবং স্ট্রনশিয়াম টাইটানেট (SrTiO3)।
২.১ ধাতব যৌগের অবলোহিত শোষণ বৈশিষ্ট্য
অ্যান্টিমনি টিন অক্সাইড (ATO): এটি ১৫০০ nm-এর বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের নিয়ার-ইনফ্রারেড আলো প্রতিরোধ করতে পারে, কিন্তু অতিবেগুনি রশ্মি এবং ১৫০০ nm-এর কম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ইনফ্রারেড আলো প্রতিরোধ করতে পারে না।
ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (ITO): এটিও (ATO)-এর মতোই নিকট-ইনফ্রারেড রশ্মি প্রতিরোধ করে।
জিঙ্ক অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (AZO): এর আরও একটি কাজ হলো নিকট-ইনফ্রারেড রশ্মি থেকে সুরক্ষা প্রদান করা।
টাংস্টেন ট্রাইঅক্সাইড (WO3): এর একটি স্থানিক পৃষ্ঠ প্লাজমোন অনুরণন প্রভাব এবং ক্ষুদ্র পোলারন শোষণ প্রক্রিয়া রয়েছে, যা ৭৮০-২৫০০ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অবলোহিত বিকিরণকে প্রতিহত করতে পারে এবং এটি অবিষাক্ত ও স্বল্পমূল্যের।
Fe3O4: এর ভালো ইনফ্রারেড শোষণ এবং তাপীয় সাড়া দেওয়ার বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এটি প্রায়শই ইনফ্রারেড সেন্সর এবং ডিটেক্টরে ব্যবহৃত হয়।
স্ট্রনশিয়াম টাইটানেট (SrTiO3): এর চমৎকার ইনফ্রারেড শোষণ এবং আলোকীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা ইনফ্রারেড সেন্সর এবং ডিটেক্টরের জন্য উপযুক্ত।
আরবিয়াম ফ্লোরাইড (ErF3): এটি একটি বিরল মৃত্তিকা যৌগ যা ইনফ্রারেড রশ্মি শোষণ করতে পারে। আরবিয়াম ফ্লোরাইডের স্ফটিক গোলাপী রঙের হয়, এর গলনাঙ্ক ১৩৫০°C, স্ফুটনাঙ্ক ২২০০°C এবং ঘনত্ব ৭.৮১৪ গ্রাম/ঘন সেন্টিমিটার। এটি প্রধানত অপটিক্যাল কোটিং, ফাইবার ডোপিং, লেজার ক্রিস্টাল, একক-স্ফটিকের কাঁচামাল, লেজার অ্যামপ্লিফায়ার, অনুঘটক সংযোজক এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়।
২.২ অবলোহিত রশ্মি শোষণকারী পদার্থে ধাতব যৌগের প্রয়োগ
এই ধাতব যৌগগুলো ইনফ্রারেড শোষণকারী উপাদানে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ATO, ITO, এবং AZO প্রায়শই স্বচ্ছ পরিবাহী, অ্যান্টিস্ট্যাটিক, বিকিরণ সুরক্ষা আবরণ এবং স্বচ্ছ ইলেকট্রোডে ব্যবহৃত হয়; WO3 তার চমৎকার নিয়ার-ইনফ্রারেড শিল্ডিং কর্মক্ষমতা এবং অ-বিষাক্ত বৈশিষ্ট্যের কারণে বিভিন্ন তাপ নিরোধক, শোষণ এবং প্রতিফলনকারী ইনফ্রারেড উপাদানে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই ধাতব যৌগগুলো তাদের অনন্য ইনফ্রারেড শোষণ বৈশিষ্ট্যের কারণে ইনফ্রারেড প্রযুক্তির ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
২.৩ কোন বিরল মৃত্তিকা যৌগগুলো অবলোহিত রশ্মি শোষণ করতে পারে?
বিরল মৃত্তিকা মৌলগুলোর মধ্যে ল্যান্থানাম হেক্সাবোরাইড এবং ন্যানো-আকারের ল্যান্থানাম বোরাইড অবলোহিত রশ্মি শোষণ করতে পারে।ল্যান্থানাম হেক্সাবোরাইড (LaB6)এটি এমন একটি উপাদান যা রাডার, মহাকাশ, ইলেকট্রনিক্স শিল্প, যন্ত্রপাতি, চিকিৎসা সরঞ্জাম, গৃহস্থালী সরঞ্জাম ধাতুবিদ্যা, পরিবেশ সুরক্ষা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বিশেষ করে, ল্যান্থানাম হেক্সাবোরাইড একক স্ফটিক উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ইলেকট্রন টিউব, ম্যাগনেট্রন, ইলেকট্রন বিম, আয়ন বিম এবং অ্যাক্সিলারেটর ক্যাথোড তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয়।
এছাড়াও, ন্যানো-স্কেল ল্যান্থানাম বোরাইডের ইনফ্রারেড রশ্মি শোষণ করার বৈশিষ্ট্যও রয়েছে। সূর্যের আলো থেকে আসা ইনফ্রারেড রশ্মি আটকাতে এটি পলিথিন ফিল্ম শিটের পৃষ্ঠের আবরণে ব্যবহৃত হয়। ইনফ্রারেড রশ্মি শোষণ করার সময়, ন্যানো-স্কেল ল্যান্থানাম বোরাইড খুব বেশি দৃশ্যমান আলো শোষণ করে না। এই উপাদানটি গরম আবহাওয়ায় জানালার কাচে ইনফ্রারেড রশ্মি প্রবেশে বাধা দিতে পারে এবং ঠান্ডা আবহাওয়ায় আলো ও তাপ শক্তিকে আরও কার্যকরভাবে ব্যবহার করতে পারে।
বিরল মৃত্তিকা মৌলসমূহ সামরিক, পারমাণবিক শক্তি, উচ্চ প্রযুক্তি এবং দৈনন্দিন ভোগ্যপণ্যসহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, অস্ত্র ও সরঞ্জামের সংকর ধাতুর কৌশলগত কার্যকারিতা উন্নত করতে ল্যান্থানাম ব্যবহৃত হয়, পারমাণবিক শক্তি ক্ষেত্রে নিউট্রন শোষক হিসেবে গ্যাডোলিনিয়াম ও এর আইসোটোপসমূহ ব্যবহৃত হয় এবং অতিবেগুনি ও অবলোহিত রশ্মি শোষণের জন্য কাচের সংযোজক হিসেবে সেরিয়াম ব্যবহৃত হয়।
কাচের সংযোজক হিসেবে সেরিয়াম অতিবেগুনি এবং অবলোহিত রশ্মি শোষণ করতে পারে এবং বর্তমানে এটি গাড়ির কাচে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এটি শুধু অতিবেগুনি রশ্মি থেকে সুরক্ষা দেয় না, বরং গাড়ির ভেতরের তাপমাত্রাও কমিয়ে দেয়, ফলে শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের জন্য বিদ্যুৎ সাশ্রয় হয়। ১৯৯৭ সাল থেকে জাপানি গাড়ির কাচে সেরিয়াম অক্সাইড যোগ করা হচ্ছে এবং ১৯৯৬ সাল থেকে এটি গাড়িতে ব্যবহৃত হতে শুরু করে।
৩. ধাতব যৌগ দ্বারা অবলোহিত রশ্মি শোষণের বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবকসমূহ
৩.১ ধাতব যৌগ দ্বারা অবলোহিত রশ্মি শোষণের বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবকসমূহের মধ্যে প্রধানত নিম্নলিখিত বিষয়গুলো অন্তর্ভুক্ত:
শোষণ হারের পরিসর: ধাতব যৌগসমূহের অবলোহিত রশ্মি শোষণের হার ধাতুর প্রকার, পৃষ্ঠের অবস্থা, তাপমাত্রা এবং অবলোহিত রশ্মির তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মতো বিভিন্ন বিষয়ের উপর নির্ভর করে। অ্যালুমিনিয়াম, তামা এবং লোহার মতো সাধারণ ধাতুগুলির কক্ষ তাপমাত্রায় অবলোহিত রশ্মি শোষণের হার সাধারণত ১০% থেকে ৫০%-এর মধ্যে থাকে। উদাহরণস্বরূপ, কক্ষ তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম পৃষ্ঠের অবলোহিত রশ্মি শোষণের হার প্রায় ১২%, যেখানে অমসৃণ তামার পৃষ্ঠের শোষণ হার প্রায় ৪০% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।
৩.২ ধাতব যৌগ কর্তৃক অবলোহিত রশ্মি শোষণের বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবকসমূহ :
ধাতুর প্রকারভেদ: বিভিন্ন ধাতুর পারমাণবিক গঠন এবং ইলেকট্রন বিন্যাস ভিন্ন হওয়ায়, অবলোহিত রশ্মি শোষণের ক্ষেত্রেও তাদের ক্ষমতা ভিন্ন হয়।
পৃষ্ঠের অবস্থা: ধাতব পৃষ্ঠের অমসৃণতা, অক্সাইড স্তর বা প্রলেপ শোষণ হারকে প্রভাবিত করবে।
তাপমাত্রা: তাপমাত্রার পরিবর্তন ধাতুর অভ্যন্তরের ইলেকট্রনীয় অবস্থার পরিবর্তন ঘটায়, যার ফলে এটি অবলোহিত রশ্মি শোষণ করতে পারে না।
ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্য: ইনফ্রারেড রশ্মির বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ধাতুর জন্য শোষণ ক্ষমতা ভিন্ন ভিন্ন হয়।
নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে পরিবর্তন: কিছু নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে ধাতু দ্বারা অবলোহিত রশ্মি শোষণের হার উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যখন কোনো ধাতব পৃষ্ঠকে বিশেষ পদার্থের একটি স্তর দিয়ে প্রলেপ দেওয়া হয়, তখন তার অবলোহিত রশ্মি শোষণের ক্ষমতা বৃদ্ধি পেতে পারে। এছাড়াও, উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশে ধাতুর ইলেকট্রনীয় অবস্থার পরিবর্তনও শোষণের হার বাড়িয়ে দিতে পারে।
প্রয়োগ ক্ষেত্র: ধাতব যৌগসমূহের অবলোহিত রশ্মি শোষণ বৈশিষ্ট্য অবলোহিত প্রযুক্তি, থার্মাল ইমেজিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগযোগ্যতা রাখে। উদাহরণস্বরূপ, কোনো ধাতব পৃষ্ঠের প্রলেপ বা তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে তার অবলোহিত রশ্মি শোষণকে সামঞ্জস্য করা যায়, যা তাপমাত্রা পরিমাপ, থার্মাল ইমেজিং ইত্যাদিতে প্রয়োগের সুযোগ করে দেয়।
পরীক্ষামূলক পদ্ধতি ও গবেষণার পটভূমি: গবেষকরা পরীক্ষামূলক পরিমাপ এবং পেশাদার গবেষণার মাধ্যমে ধাতু দ্বারা অবলোহিত রশ্মির শোষণ হার নির্ণয় করেছেন। এই তথ্যগুলো ধাতব যৌগের আলোকীয় বৈশিষ্ট্য বোঝা এবং সংশ্লিষ্ট প্রয়োগক্ষেত্র বিকাশের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
সারসংক্ষেপে, ধাতব যৌগসমূহের অবলোহিত রশ্মি শোষণ বৈশিষ্ট্য বহুবিধ কারণ দ্বারা প্রভাবিত হয় এবং বিভিন্ন পরিস্থিতিতে তা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যগুলো বহু ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।