ધાતુના સંયોજનો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી લે છે

ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી લેતા ધાતુના સંયોજનોનો સિદ્ધાંત શું છે અને તેના પ્રભાવિત પરિબળો શું છે?

દુર્લભ પૃથ્વી સંયોજનો સહિત ધાતુના સંયોજનો, ઇન્ફ્રારેડ શોષણમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. દુર્લભ ધાતુ અને દુર્લભ પૃથ્વી સંયોજનોમાં અગ્રણી તરીકે,અર્બનમાઇન્સ ટેક. કો., લિ. ઇન્ફ્રારેડ શોષણ માટે વિશ્વના લગભગ 1/8 ગ્રાહકોને સેવા આપે છે. આ બાબતે અમારા ગ્રાહકોની તકનીકી પૂછપરછને સંબોધવા માટે, અમારી કંપનીના સંશોધન અને વિકાસ કેન્દ્રએ જવાબો આપવા માટે આ લેખનું સંકલન કર્યું છે.
1.ધાતુના સંયોજનો દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ શોષણના સિદ્ધાંત અને લાક્ષણિકતાઓ

ધાતુના સંયોજનો દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ શોષણનો સિદ્ધાંત મુખ્યત્વે તેમના પરમાણુ બંધારણ અને રાસાયણિક બોન્ડના કંપન પર આધારિત છે. ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર કંપન અને રોટેશનલ એનર્જી લેવલના સંક્રમણને માપીને પરમાણુ બંધારણનો અભ્યાસ કરે છે. ધાતુના સંયોજનોમાં રાસાયણિક બોન્ડનું સ્પંદન ઇન્ફ્રારેડ શોષણ તરફ દોરી જશે, ખાસ કરીને મેટલ-ઓર્ગેનિક સંયોજનોમાં મેટલ-ઓર્ગેનિક બોન્ડ્સ, ઘણા અકાર્બનિક બોન્ડ્સનું સ્પંદન અને ક્રિસ્ટલ ફ્રેમ કંપન, જે ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમના વિવિધ પ્રદેશોમાં દેખાશે.

ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રામાં વિવિધ ધાતુના સંયોજનોનું પ્રદર્શન :
(1).MXene સામગ્રી: MXene એ દ્વિ-પરિમાણીય સંક્રમણ મેટલ-કાર્બન/નાઇટ્રોજન સંયોજન છે જેમાં સમૃદ્ધ ઘટકો, ધાતુની વાહકતા, વિશાળ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને સક્રિય સપાટી છે. તે નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ અને મધ્ય-/દૂર-ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં અલગ-અલગ ઇન્ફ્રારેડ શોષણ દર ધરાવે છે અને તાજેતરના વર્ષોમાં ઇન્ફ્રારેડ છદ્માવરણ, ફોટોથર્મલ કન્વર્ઝન અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
(2).’કોપર સંયોજનો’ : ફોસ્ફરસ ધરાવતા તાંબાના સંયોજનો ઇન્ફ્રારેડ શોષકોમાં સારી કામગીરી બજાવે છે, અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોને કારણે થતી કાળાશને અસરકારક રીતે અટકાવે છે અને ઉત્તમ દૃશ્યમાન પ્રકાશ પ્રસારણ અને ઇન્ફ્રારેડ શોષણ ગુણધર્મોને લાંબા સમય સુધી સ્થિર રીતે જાળવી રાખે છે—3.

પ્રાયોગિક એપ્લિકેશન કેસો
(1).’ઇન્ફ્રારેડ છદ્માવરણ’ : MXene સામગ્રીનો ઉપયોગ તેમના ઉત્તમ ઇન્ફ્રારેડ શોષણ ગુણધર્મોને કારણે ઇન્ફ્રારેડ છદ્માવરણમાં વ્યાપકપણે થાય છે. તેઓ ટાર્ગેટની ઇન્ફ્રારેડ લાક્ષણિકતાઓને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે અને છુપાવવામાં સુધારો કરી શકે છે’2.
(2).’ફોટોથર્મલ કન્વર્ઝન’ : MXene સામગ્રીઓ મધ્ય/દૂર ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં ઓછી ઉત્સર્જન લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે, જે ફોટોથર્મલ કન્વર્ઝન એપ્લીકેશન માટે યોગ્ય છે અને પ્રકાશ ઉર્જાને અસરકારક રીતે ઉષ્મા ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે.
(3).વિન્ડો મટિરિયલ્સ: ઇન્ફ્રારેડ શોષક ધરાવતી રેઝિન કમ્પોઝિશનનો ઉપયોગ વિન્ડો મટિરિયલ્સમાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને અસરકારક રીતે અવરોધિત કરવા અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે થાય છે 3.
આ એપ્લિકેશન કેસો ઇન્ફ્રારેડ શોષણમાં મેટલ સંયોજનોની વિવિધતા અને વ્યવહારિકતા દર્શાવે છે, ખાસ કરીને આધુનિક વિજ્ઞાન અને ઉદ્યોગમાં તેમની મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા.

2. કયા ધાતુના સંયોજનો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે?

ધાતુના સંયોજનો જે ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે તેમાં સમાવેશ થાય છેએન્ટિમોની ટીન ઓક્સાઇડ (ATO), ઇન્ડિયમ ટીન ઓક્સાઇડ (ITO), એલ્યુમિનિયમ ઝીંક ઓક્સાઇડ (AZO), ટંગસ્ટન ટ્રાઇઓક્સાઇડ (WO3), આયર્ન ટેટ્રોક્સાઇડ (Fe3O4) અને સ્ટ્રોન્ટિયમ ટાઇટેનેટ (SrTiO3).

2.1 ધાતુના સંયોજનોની ઇન્ફ્રારેડ શોષણ લાક્ષણિકતાઓ
એન્ટિમની ટીન ઓક્સાઇડ (ATO): તે 1500 nm કરતાં વધુ તરંગલંબાઇ સાથે નજીક-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને સુરક્ષિત કરી શકે છે, પરંતુ 1500 nm કરતાં ઓછી તરંગલંબાઇ સાથે અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ અને ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને સુરક્ષિત કરી શકતું નથી.
‌ઇન્ડિયમ ટીન ઓક્સાઇડ (ITO): ATO ની જેમ, તે નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને સુરક્ષિત કરવાની અસર ધરાવે છે.
ઝિંક એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (AZO): તે નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને રક્ષણ આપવાનું કાર્ય પણ ધરાવે છે.
ટંગસ્ટન ટ્રાયઓક્સાઈડ (WO3): તેની સ્થાનિક સપાટી પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ અસર અને નાની પોલરોન શોષણ પદ્ધતિ છે, જે 780-2500 nm ની તરંગલંબાઇ સાથે ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનને સુરક્ષિત કરી શકે છે અને બિન-ઝેરી અને સસ્તું છે.
‌Fe3O4: તેમાં સારી ઇન્ફ્રારેડ શોષણ અને થર્મલ રિસ્પોન્સ પ્રોપર્ટીઝ છે અને તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઇન્ફ્રારેડ સેન્સર્સ અને ડિટેક્ટરમાં થાય છે.
સ્ટ્રોન્ટીયમ ટાઇટેનેટ (SrTiO3): ઉત્તમ ઇન્ફ્રારેડ શોષણ અને ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ધરાવે છે, જે ઇન્ફ્રારેડ સેન્સર્સ અને ડિટેક્ટર્સ માટે યોગ્ય છે.
એર્બિયમ ફ્લોરાઈડ (ErF3) : એક દુર્લભ પૃથ્વી સંયોજન છે જે ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે. એર્બિયમ ફ્લોરાઈડમાં ગુલાબી રંગના સ્ફટિકો, ગલનબિંદુ 1350°C, ઉત્કલન બિંદુ 2200°C અને 7.814g/cm³ ની ઘનતા છે. તે મુખ્યત્વે ઓપ્ટિકલ કોટિંગ્સ, ફાઇબર ડોપિંગ, લેસર ક્રિસ્ટલ્સ, સિંગલ-ક્રિસ્ટલ કાચો માલ, લેસર એમ્પ્લીફાયર, ઉત્પ્રેરક ઉમેરણો અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વપરાય છે.

2.2 ઇન્ફ્રારેડ શોષક સામગ્રીમાં મેટલ સંયોજનોનો ઉપયોગ
આ ધાતુના સંયોજનોનો વ્યાપકપણે ઇન્ફ્રારેડ શોષણ સામગ્રીમાં ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ATO, ITO અને AZO નો ઉપયોગ વારંવાર પારદર્શક વાહક, એન્ટિસ્ટેટિક, રેડિયેશન પ્રોટેક્શન કોટિંગ્સ અને પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં થાય છે; WO3 તેની ઉત્તમ નજીક-ઇન્ફ્રારેડ શિલ્ડિંગ કામગીરી અને બિન-ઝેરી ગુણધર્મોને કારણે વિવિધ હીટ ઇન્સ્યુલેશન, શોષણ અને પ્રતિબિંબ ઇન્ફ્રારેડ સામગ્રીમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ ધાતુના સંયોજનો તેમની અનન્ય ઇન્ફ્રારેડ શોષણ લાક્ષણિકતાઓને કારણે ઇન્ફ્રારેડ તકનીકના ક્ષેત્રમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

2.3 કયા દુર્લભ પૃથ્વી સંયોજનો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે?

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોમાં, લેન્થેનમ હેક્સાબોરાઇડ અને નેનો-કદના લેન્થેનમ બોરાઇડ ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે.લેન્થેનમ હેક્સાબોરાઇડ (LaB6)રડાર, એરોસ્પેસ, ઈલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગ, ઈન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન, મેડિકલ ઈક્વિપમેન્ટ, હોમ એપ્લાયન્સ મેટલર્જી, પર્યાવરણીય સંરક્ષણ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે. ખાસ કરીને, લેન્થેનમ હેક્સાબોરાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ એ હાઇ-પાવર ઇલેક્ટ્રોન ટ્યુબ, મેગ્નેટ્રોન, ઇલેક્ટ્રોન બીમ, આયન બીમ અને એક્સીલેટર કેથોડ્સ બનાવવા માટેની સામગ્રી છે.
આ ઉપરાંત, નેનો-સ્કેલ લેન્થેનમ બોરાઇડમાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષવાની મિલકત પણ છે. સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને અવરોધિત કરવા માટે પોલિઇથિલિન ફિલ્મ શીટ્સની સપાટી પર કોટિંગમાં તેનો ઉપયોગ થાય છે. ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષતી વખતે, નેનો-સ્કેલ લેન્થેનમ બોરાઇડ ખૂબ દેખાતા પ્રકાશને શોષતું નથી. આ સામગ્રી ગરમ આબોહવામાં વિન્ડો ગ્લાસમાં પ્રવેશતા ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને અટકાવી શકે છે, અને ઠંડા વાતાવરણમાં પ્રકાશ અને ગરમી ઊર્જાનો વધુ અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરી શકે છે.
સૈન્ય, પરમાણુ ઊર્જા, ઉચ્ચ તકનીક અને દૈનિક ઉપભોક્તા ઉત્પાદનો સહિત ઘણા ક્ષેત્રોમાં દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, લેન્થેનમનો ઉપયોગ શસ્ત્રો અને સાધનોમાં એલોયના વ્યૂહાત્મક પ્રભાવને સુધારવા માટે થાય છે, ગેડોલિનિયમ અને તેના આઇસોટોપનો ઉપયોગ ન્યુટ્રોન શોષક તરીકે અણુ ઊર્જા ક્ષેત્રમાં થાય છે, અને સેરિયમનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષવા માટે ગ્લાસ એડિટિવ તરીકે થાય છે.
સીરીયમ, ગ્લાસ એડિટિવ તરીકે, અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી શકે છે અને હવે તે ઓટોમોબાઈલ ગ્લાસમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તે માત્ર અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણો સામે રક્ષણ આપે છે પરંતુ કારની અંદરના તાપમાનને પણ ઘટાડે છે, આમ એર કન્ડીશનીંગ માટે વીજળીની બચત થાય છે. 1997 થી, જાપાનીઝ ઓટોમોબાઈલ ગ્લાસને સેરિયમ ઓક્સાઇડ સાથે ઉમેરવામાં આવ્યું છે, અને તેનો ઉપયોગ 1996 માં ઓટોમોબાઈલમાં કરવામાં આવ્યો હતો.

3. ધાતુના સંયોજનો દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ શોષણના ગુણધર્મો અને પ્રભાવિત પરિબળો

3.1 ધાતુના સંયોજનો દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ શોષણના ગુણધર્મો અને પ્રભાવિત પરિબળોમાં મુખ્યત્વે નીચેના પાસાઓનો સમાવેશ થાય છે:

શોષણ દર શ્રેણી: ધાતુના સંયોજનોના ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણનો દર ધાતુના પ્રકાર, સપાટીની સ્થિતિ, તાપમાન અને ઇન્ફ્રારેડ કિરણોની તરંગલંબાઇ જેવા પરિબળોને આધારે બદલાય છે. સામાન્ય ધાતુઓ જેમ કે એલ્યુમિનિયમ, તાંબુ અને આયર્ન સામાન્ય રીતે ઓરડાના તાપમાને ઇન્ફ્રારેડ કિરણોનું શોષણ દર 10% અને 50% ની વચ્ચે હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓરડાના તાપમાને શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમ સપાટીથી ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણનો દર લગભગ 12% છે, જ્યારે ખરબચડી તાંબાની સપાટીનો શોષણ દર લગભગ 40% સુધી પહોંચી શકે છે.

3.2 ધાતુના સંયોજનો દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ શોષણના ગુણધર્મો અને પ્રભાવિત પરિબળો:

‘ધાતુઓના પ્રકાર’: વિવિધ ધાતુઓમાં અલગ-અલગ અણુ બંધારણ અને ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી હોય છે, જેના પરિણામે ઇન્ફ્રારેડ કિરણો માટે તેમની અલગ-અલગ શોષણ ક્ષમતાઓ હોય છે.
‘સપાટીની સ્થિતિ’: ધાતુની સપાટીની ખરબચડી, ઓક્સાઇડ સ્તર અથવા કોટિંગ શોષણ દરને અસર કરશે’.
‍તાપમાન: તાપમાનના ફેરફારો મેટલની અંદરની ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિને બદલશે, જેનાથી તેના ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણને અસર થશે.
‘ઇન્ફ્રારેડ તરંગલંબાઇ’: ઇન્ફ્રારેડ કિરણોની વિવિધ તરંગલંબાઇઓ ધાતુઓ માટે વિવિધ શોષણ ક્ષમતાઓ ધરાવે છે.
‌વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ ફેરફારો: અમુક ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, ધાતુઓ દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણ દર નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે ધાતુની સપાટીને વિશિષ્ટ સામગ્રીના સ્તર સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષવાની ક્ષમતા વધારી શકાય છે. વધુમાં, ઉચ્ચ-તાપમાન વાતાવરણમાં ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિમાં ફેરફાર પણ શોષણ દરમાં વધારો તરફ દોરી શકે છે.
‌એપ્લિકેશન ફીલ્ડ્સ: ધાતુના સંયોજનોના ઇન્ફ્રારેડ શોષણ ગુણધર્મો ઇન્ફ્રારેડ તકનીક, થર્મલ ઇમેજિંગ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન મૂલ્ય ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ધાતુની સપાટીના કોટિંગ અથવા તાપમાનને નિયંત્રિત કરીને, તેના ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણને સમાયોજિત કરી શકાય છે, તાપમાન માપન, થર્મલ ઇમેજિંગ વગેરેમાં એપ્લિકેશનને મંજૂરી આપીને.
પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ અને સંશોધન પૃષ્ઠભૂમિ’: સંશોધકોએ પ્રાયોગિક માપન અને વ્યાવસાયિક અભ્યાસ દ્વારા ધાતુઓ દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના શોષણ દરને નિર્ધારિત કર્યો. આ ડેટા મેટલ સંયોજનોના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને સમજવા અને સંબંધિત એપ્લિકેશન વિકસાવવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
સારાંશમાં, ધાતુના સંયોજનોના ઇન્ફ્રારેડ શોષણ ગુણધર્મો ઘણા પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે અને વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે. આ ગુણધર્મો ઘણા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.