अवरक्त किरणों को अवशोषित करने वाले धातु यौगिक

धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त किरणों के अवशोषण का सिद्धांत क्या है और इसे प्रभावित करने वाले कारक क्या हैं?

दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों सहित धातु यौगिक, अवरक्त अवशोषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। दुर्लभ धातु और दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों के क्षेत्र में अग्रणी होने के नाते,अर्बनमाइंस टेक. कंपनी लिमिटेडहम विश्व के लगभग एक-तिहाई ग्राहकों को अवरक्त अवशोषण सेवाएं प्रदान करते हैं। इस विषय पर हमारे ग्राहकों की तकनीकी पूछताछ का समाधान करने के लिए, हमारी कंपनी के अनुसंधान एवं विकास केंद्र ने यह लेख संकलित किया है।
1. धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त अवशोषण का सिद्धांत और विशेषताएँ

धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त अवशोषण का सिद्धांत मुख्य रूप से उनकी आणविक संरचना और रासायनिक बंधों के कंपन पर आधारित है। अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी अंतराआणविक कंपन और घूर्णी ऊर्जा स्तरों के संक्रमण को मापकर आणविक संरचना का अध्ययन करती है। धातु यौगिकों में रासायनिक बंधों का कंपन, विशेष रूप से धातु-कार्बनिक बंधों का कंपन, कई अकार्बनिक बंधों का कंपन और क्रिस्टलीय संरचना का कंपन, अवरक्त अवशोषण का कारण बनता है, जो अवरक्त स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में दिखाई देता है।

अवरक्त स्पेक्ट्रा में विभिन्न धातु यौगिकों का प्रदर्शन:
(1). एमएक्सईन पदार्थ: एमएक्सईन एक द्वि-आयामी संक्रमण धातु-कार्बन/नाइट्रोजन यौगिक है जिसमें समृद्ध घटक, धात्विक चालकता, बड़ा विशिष्ट सतही क्षेत्रफल और सक्रिय सतह होती है। इसमें निकट-अवरक्त और मध्य/दूर-अवरक्त बैंड में अलग-अलग अवरक्त अवशोषण दरें होती हैं और हाल के वर्षों में इसका व्यापक रूप से अवरक्त छलावरण, फोटोथर्मल रूपांतरण और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया गया है।
(2).‌तांबा यौगिक‌ : फास्फोरस युक्त तांबा यौगिक अवरक्त अवशोषकों में अच्छा प्रदर्शन करते हैं, पराबैंगनी किरणों के कारण होने वाली कालीपन की घटना को प्रभावी ढंग से रोकते हैं और लंबे समय तक उत्कृष्ट दृश्य प्रकाश संचरण और अवरक्त अवशोषण गुणों को स्थिर रूप से बनाए रखते हैं‌3.

व्यावहारिक अनुप्रयोग के मामले
(1).‌इन्फ्रारेड छलावरण‌ : एमएक्सईएन सामग्री का उपयोग उनके उत्कृष्ट इन्फ्रारेड अवशोषण गुणों के कारण इन्फ्रारेड छलावरण में व्यापक रूप से किया जाता है। वे लक्ष्य की इन्फ्रारेड विशेषताओं को प्रभावी ढंग से कम कर सकते हैं और छलावरण में सुधार कर सकते हैं‌2.
(2). फोटोथर्मल रूपांतरण: एमएक्सईएन सामग्री में मध्य/दूर अवरक्त बैंड में कम उत्सर्जन विशेषताएँ होती हैं, जो फोटोथर्मल रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं और प्रकाश ऊर्जा को कुशलतापूर्वक ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित कर सकती हैं।
(3). खिड़की सामग्री: अवरक्त अवशोषक युक्त राल मिश्रण का उपयोग खिड़की सामग्री में अवरक्त किरणों को प्रभावी ढंग से अवरुद्ध करने और ऊर्जा दक्षता में सुधार करने के लिए किया जाता है।
ये अनुप्रयोग उदाहरण अवरक्त अवशोषण में धातु यौगिकों की विविधता और व्यावहारिकता को प्रदर्शित करते हैं, विशेष रूप से आधुनिक विज्ञान और उद्योग में उनकी महत्वपूर्ण भूमिका को।

2. कौन से धातु यौगिक अवरक्त किरणों को अवशोषित कर सकते हैं?

अवरक्त किरणों को अवशोषित करने वाले धातु यौगिकों में निम्नलिखित शामिल हैं:एंटीमनी टिन ऑक्साइड (एटीओ), इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ)एल्युमीनियम जिंक ऑक्साइड (AZO), टंगस्टन ट्राईऑक्साइड (WO3), आयरन टेट्रोक्साइड (Fe3O4) और स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (SrTiO3)।

2.1 धातु यौगिकों की अवरक्त अवशोषण विशेषताएँ
एंटीमनी टिन ऑक्साइड (ATO): यह 1500 एनएम से अधिक तरंगदैर्ध्य वाले निकट-अवरक्त प्रकाश को परिरक्षित कर सकता है, लेकिन पराबैंगनी प्रकाश और 1500 एनएम से कम तरंगदैर्ध्य वाले अवरक्त प्रकाश को परिरक्षित नहीं कर सकता है।
इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ): एटीओ के समान, इसमें निकट-अवरक्त प्रकाश को परिरक्षित करने का प्रभाव होता है।
जिंक एल्युमिनियम ऑक्साइड (AZO): इसमें निकट-अवरक्त प्रकाश को रोकने का कार्य भी होता है।
टंगस्टन ट्राईऑक्साइड (WO3): इसमें स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन अनुनाद प्रभाव और छोटा पोलरॉन अवशोषण तंत्र होता है, यह 780-2500 एनएम की तरंगदैर्ध्य वाले अवरक्त विकिरण को रोक सकता है, और यह गैर-विषाक्त और सस्ता है।
Fe3O4: इसमें अच्छे अवरक्त अवशोषण और तापीय प्रतिक्रिया गुण होते हैं और इसका उपयोग अक्सर अवरक्त सेंसर और डिटेक्टरों में किया जाता है।
स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (SrTiO3): इसमें उत्कृष्ट अवरक्त अवशोषण और प्रकाशीय गुण होते हैं, जो अवरक्त सेंसर और डिटेक्टरों के लिए उपयुक्त हैं।
एर्बियम फ्लोराइड (ErF3): यह एक दुर्लभ पृथ्वी यौगिक है जो अवरक्त किरणों को अवशोषित कर सकता है। एर्बियम फ्लोराइड के क्रिस्टल गुलाबी रंग के होते हैं, इसका गलनांक 1350°C, क्वथनांक 2200°C और घनत्व 7.814 ग्राम/सेमी³ होता है। इसका मुख्य उपयोग ऑप्टिकल कोटिंग्स, फाइबर डोपिंग, लेजर क्रिस्टल, एकल-क्रिस्टल कच्चे माल, लेजर एम्पलीफायर, उत्प्रेरक योजक और अन्य क्षेत्रों में होता है।

2.2 अवरक्त अवशोषक पदार्थों में धातु यौगिकों का अनुप्रयोग
इन धातु यौगिकों का व्यापक रूप से अवरक्त अवशोषक पदार्थों में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, ATO, ITO और AZO का उपयोग अक्सर पारदर्शी चालक, स्थैतिक-रोधी, विकिरण सुरक्षा कोटिंग्स और पारदर्शी इलेक्ट्रोड में किया जाता है; WO3 का उपयोग उत्कृष्ट निकट-अवरक्त परिरक्षण क्षमता और गैर-विषाक्त गुणों के कारण विभिन्न ऊष्मा इन्सुलेशन, अवशोषण और परावर्तन अवरक्त पदार्थों में व्यापक रूप से किया जाता है। ये धातु यौगिक अपने अद्वितीय अवरक्त अवशोषण गुणों के कारण अवरक्त प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

2.3 कौन से दुर्लभ पृथ्वी यौगिक अवरक्त किरणों को अवशोषित कर सकते हैं?

दुर्लभ पृथ्वी तत्वों में, लैंथेनम हेक्साबोरिड और नैनो आकार के लैंथेनम बोराइड अवरक्त किरणों को अवशोषित कर सकते हैं।लैंथनम हेक्साबोरिड (LaB6)लैंथेनम हेक्साबोरिड एक ऐसा पदार्थ है जिसका व्यापक रूप से रडार, एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, उपकरण निर्माण, चिकित्सा उपकरण, घरेलू उपकरण, धातु विज्ञान, पर्यावरण संरक्षण और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से, लैंथेनम हेक्साबोरिड एकल क्रिस्टल उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉन ट्यूब, मैग्नेट्रॉन, इलेक्ट्रॉन बीम, आयन बीम और त्वरक कैथोड बनाने के लिए एक उपयुक्त पदार्थ है।
इसके अतिरिक्त, नैनो-स्केल लैंथेनम बोराइड में अवरक्त किरणों को अवशोषित करने का गुण भी होता है। इसका उपयोग पॉलीइथिलीन फिल्म शीट की सतह पर कोटिंग के रूप में सूर्य के प्रकाश से आने वाली अवरक्त किरणों को रोकने के लिए किया जाता है। अवरक्त किरणों को अवशोषित करते समय, नैनो-स्केल लैंथेनम बोराइड दृश्य प्रकाश को बहुत अधिक अवशोषित नहीं करता है। यह पदार्थ गर्म जलवायु में खिड़की के शीशे में अवरक्त किरणों को प्रवेश करने से रोक सकता है, और ठंडी जलवायु में प्रकाश और ऊष्मा ऊर्जा का अधिक प्रभावी ढंग से उपयोग कर सकता है।
दुर्लभ पृथ्वी तत्व सैन्य, परमाणु ऊर्जा, उच्च प्रौद्योगिकी और दैनिक उपभोक्ता उत्पादों सहित कई क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, लैंथनम का उपयोग हथियारों और उपकरणों में मिश्र धातुओं के सामरिक प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है, गैडोलिनियम और इसके समस्थानिकों का उपयोग परमाणु ऊर्जा क्षेत्र में न्यूट्रॉन अवशोषक के रूप में किया जाता है, और सीरियम का उपयोग पराबैंगनी और अवरक्त किरणों को अवशोषित करने के लिए कांच में एक योजक के रूप में किया जाता है।
कांच में मिलाए जाने वाले एक पदार्थ के रूप में सीरियम पराबैंगनी और अवरक्त किरणों को अवशोषित कर सकता है और अब इसका व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल के कांच में उपयोग किया जाता है। यह न केवल पराबैंगनी किरणों से सुरक्षा प्रदान करता है बल्कि कार के अंदर के तापमान को भी कम करता है, जिससे एयर कंडीशनिंग के लिए बिजली की बचत होती है। 1997 से जापानी ऑटोमोबाइल के कांच में सीरियम ऑक्साइड मिलाया जा रहा है और इसका उपयोग 1996 से ही कारों में होने लगा था।

3. धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त अवशोषण के गुणधर्म और उन्हें प्रभावित करने वाले कारक

3.1 धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त अवशोषण के गुणधर्म और प्रभावित करने वाले कारकों में मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:

अवशोषण दर सीमा: धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त किरणों के अवशोषण की दर धातु के प्रकार, सतह की स्थिति, तापमान और अवरक्त किरणों की तरंगदैर्ध्य जैसे कारकों पर निर्भर करती है। एल्युमीनियम, तांबा और लोहा जैसी सामान्य धातुओं में कमरे के तापमान पर अवरक्त किरणों के अवशोषण की दर आमतौर पर 10% से 50% के बीच होती है। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर शुद्ध एल्युमीनियम की सतह द्वारा अवरक्त किरणों के अवशोषण की दर लगभग 12% होती है, जबकि खुरदरी तांबे की सतह द्वारा अवशोषण की दर लगभग 40% तक पहुंच सकती है।

3.2 धातु यौगिकों द्वारा अवरक्त अवशोषण के गुणधर्म और उन्हें प्रभावित करने वाले कारक:

धातुओं के प्रकार: विभिन्न धातुओं की परमाणु संरचना और इलेक्ट्रॉन व्यवस्था अलग-अलग होती है, जिसके परिणामस्वरूप अवरक्त किरणों के लिए उनकी अवशोषण क्षमता भी भिन्न होती है।
सतह की स्थिति: धातु की सतह की खुरदरापन, ऑक्साइड परत या कोटिंग अवशोषण दर को प्रभावित करेगी।
तापमान: तापमान में परिवर्तन से धातु के अंदर की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था बदल जाएगी, जिससे अवरक्त किरणों के अवशोषण पर असर पड़ेगा।
अवरक्त तरंगदैर्ध्य: अवरक्त किरणों की विभिन्न तरंगदैर्ध्यों की धातुओं के लिए अवशोषण क्षमता भिन्न-भिन्न होती है।
विशिष्ट परिस्थितियों में परिवर्तन: कुछ विशेष परिस्थितियों में धातुओं द्वारा अवरक्त किरणों के अवशोषण की दर में महत्वपूर्ण परिवर्तन हो सकता है। उदाहरण के लिए, जब किसी धातु की सतह पर विशेष पदार्थ की परत चढ़ाई जाती है, तो उसकी अवरक्त किरणों को अवशोषित करने की क्षमता बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त, उच्च तापमान वाले वातावरण में धातुओं की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में परिवर्तन भी अवशोषण दर में वृद्धि का कारण बन सकता है।
अनुप्रयोग क्षेत्र: धातु यौगिकों के अवरक्त अवशोषण गुण अवरक्त प्रौद्योगिकी, थर्मल इमेजिंग और अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग रखते हैं। उदाहरण के लिए, धातु की सतह पर कोटिंग या तापमान को नियंत्रित करके, अवरक्त किरणों के अवशोषण को समायोजित किया जा सकता है, जिससे तापमान मापन, थर्मल इमेजिंग आदि में इसका उपयोग संभव हो पाता है।
प्रायोगिक विधियाँ और अनुसंधान पृष्ठभूमि: शोधकर्ताओं ने प्रायोगिक मापों और पेशेवर अध्ययनों के माध्यम से धातुओं द्वारा अवरक्त किरणों के अवशोषण की दर निर्धारित की। ये आंकड़े धातु यौगिकों के प्रकाशीय गुणों को समझने और संबंधित अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।
संक्षेप में, धातु यौगिकों के अवरक्त अवशोषण गुण अनेक कारकों से प्रभावित होते हैं और विभिन्न परिस्थितियों में इनमें महत्वपूर्ण परिवर्तन हो सकते हैं। इन गुणों का उपयोग अनेक क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है।