इन्फ्रारेड किरण शोषून घेणारी धातू संयुगे

इन्फ्रारेड किरण शोषून घेणाऱ्या धातूच्या संयुगेचे तत्त्व काय आहे आणि त्याचे परिणाम करणारे घटक कोणते आहेत?

दुर्मिळ पृथ्वी संयुगेसह धातू संयुगे, इन्फ्रारेड शोषणात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. दुर्मिळ धातू आणि दुर्मिळ पृथ्वी संयुगे मध्ये नेता म्हणून,अर्बनमाइन्स टेक. कं, लि. जगातील सुमारे 1/8 ग्राहकांना इन्फ्रारेड शोषणासाठी सेवा देते. या विषयावर आमच्या ग्राहकांच्या तांत्रिक चौकशीचे निराकरण करण्यासाठी, आमच्या कंपनीच्या संशोधन आणि विकास केंद्राने उत्तरे देण्यासाठी हा लेख संकलित केला आहे.
1.धातूच्या संयुगांद्वारे इन्फ्रारेड शोषणाचे तत्त्व आणि वैशिष्ट्ये

धातूच्या संयुगांद्वारे इन्फ्रारेड शोषणाचे तत्त्व मुख्यतः त्यांच्या आण्विक संरचना आणि रासायनिक बंधांच्या कंपनावर आधारित आहे. इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी इंट्रामोलेक्युलर कंपन आणि रोटेशनल एनर्जी पातळीचे संक्रमण मोजून आण्विक संरचनेचा अभ्यास करते. मेटल कंपाऊंड्समधील रासायनिक बंधांच्या कंपनामुळे इन्फ्रारेड शोषण होते, विशेषत: धातू-सेंद्रिय संयुगेमधील धातू-सेंद्रिय बंध, अनेक अजैविक बंधांचे कंपन आणि क्रिस्टल फ्रेम कंपन, जे इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रमच्या वेगवेगळ्या क्षेत्रांमध्ये दिसून येईल.

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रामध्ये विविध धातूंच्या संयुगांचे कार्यप्रदर्शन :
(1). MXene साहित्य: MXene हे द्विमितीय संक्रमण धातू-कार्बन/नायट्रोजन संयुग आहे ज्यामध्ये समृद्ध घटक, धातूची चालकता, मोठे विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि एक सक्रिय पृष्ठभाग आहे. त्याच्या जवळ-अवरक्त आणि मध्य-/दूर-अवरक्त बँडमध्ये भिन्न इन्फ्रारेड शोषण दर आहेत आणि अलिकडच्या वर्षांत इन्फ्रारेड कॅमफ्लाज, फोटोथर्मल रूपांतरण आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे.
(२) तांबे संयुगे: फॉस्फरसयुक्त तांबे संयुगे अवरक्त शोषकांमध्ये चांगली कामगिरी करतात, अतिनील किरणांमुळे होणारी काळेपणा प्रभावीपणे रोखतात आणि उत्कृष्ट दृश्यमान प्रकाश संप्रेषण आणि अवरक्त शोषण गुणधर्म दीर्घकाळ टिकवून ठेवतात—3.

व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रकरणे
(१).’इन्फ्रारेड कॅमफ्लाज’ : MXene मटेरियल त्यांच्या उत्कृष्ट इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्मांमुळे इन्फ्रारेड कॅमफ्लाजमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. ते लक्ष्याची इन्फ्रारेड वैशिष्ट्ये प्रभावीपणे कमी करू शकतात आणि लपवणे सुधारू शकतात—2.
(२).’फोटोथर्मल रूपांतरण’ : MXene मटेरियलमध्ये मध्य/दूर इन्फ्रारेड बँडमध्ये कमी उत्सर्जन वैशिष्ट्ये आहेत, जी फोटोथर्मल रूपांतरण अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहेत आणि प्रकाश ऊर्जेचे कार्यक्षमतेने उष्णता उर्जेमध्ये रूपांतर करू शकतात—2.
(३).विंडो मटेरिअल: इन्फ्रारेड शोषक असलेल्या रेझिन कंपोझिशनचा वापर विंडो मटेरियलमध्ये इन्फ्रारेड किरणांना प्रभावीपणे रोखण्यासाठी आणि ऊर्जा कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी केला जातो.
हे ऍप्लिकेशन केस इन्फ्रारेड शोषणातील धातूच्या संयुगांची विविधता आणि व्यावहारिकता दर्शवतात, विशेषतः आधुनिक विज्ञान आणि उद्योगात त्यांची महत्त्वपूर्ण भूमिका.

2.कोणते धातूचे संयुगे अवरक्त किरण शोषू शकतात?

इन्फ्रारेड किरण शोषून घेणारी धातू संयुगे समाविष्ट आहेतअँटीमोनी टिन ऑक्साईड (ATO), इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO), ॲल्युमिनियम झिंक ऑक्साईड (AZO), टंगस्टन ट्रायऑक्साइड (WO3), लोह टेट्रोक्साइड (Fe3O4) आणि स्ट्रॉन्टियम टायटेनेट (SrTiO3).

2.1 धातूच्या संयुगांची इन्फ्रारेड शोषण वैशिष्ट्ये
अँटीमोनी टिन ऑक्साईड (ATO): हे 1500 nm पेक्षा जास्त तरंगलांबी असलेल्या जवळ-अवरक्त प्रकाशाचे संरक्षण करू शकते, परंतु 1500 nm पेक्षा कमी तरंगलांबीसह अतिनील प्रकाश आणि इन्फ्रारेड प्रकाशाचे संरक्षण करू शकत नाही.
इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO): ATO प्रमाणेच, याचा परिणाम जवळ-अवरक्त प्रकाशाच्या संरक्षणाचा असतो.
झिंक ॲल्युमिनियम ऑक्साईड (AZO): यात इन्फ्रारेड प्रकाशाच्या जवळ संरक्षण करण्याचे कार्य देखील आहे.
टंगस्टन ट्रायऑक्साइड (WO3): यात स्थानिक पृष्ठभागावरील प्लास्मॉन रेझोनान्स प्रभाव आणि लहान पोलरॉन शोषण यंत्रणा आहे, 780-2500 nm च्या तरंगलांबीसह इन्फ्रारेड रेडिएशनचे संरक्षण करू शकते आणि ते गैर-विषारी आणि स्वस्त आहे.
Fe3O4: यात चांगले इन्फ्रारेड शोषण आणि थर्मल रिस्पॉन्स गुणधर्म आहेत आणि बऱ्याचदा इन्फ्रारेड सेन्सर्स आणि डिटेक्टरमध्ये वापरले जातात.
स्ट्रोंटियम टायटेनेट (SrTiO3): उत्कृष्ट इन्फ्रारेड शोषण आणि ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत, इन्फ्रारेड सेन्सर्स आणि डिटेक्टरसाठी उपयुक्त’.
एर्बियम फ्लोराइड (ErF3): एक दुर्मिळ पृथ्वी संयुग आहे जो इन्फ्रारेड किरण शोषू शकतो. एर्बियम फ्लोराइडमध्ये गुलाबी रंगाचे स्फटिक, वितळण्याचा बिंदू 1350°C, उत्कलन बिंदू 2200°C आणि घनता 7.814g/cm³ आहे. हे प्रामुख्याने ऑप्टिकल कोटिंग्ज, फायबर डोपिंग, लेसर क्रिस्टल्स, सिंगल-क्रिस्टल कच्चा माल, लेसर ॲम्प्लीफायर्स, उत्प्रेरक ऍडिटीव्ह आणि इतर फील्डमध्ये वापरले जाते.

2.2 इन्फ्रारेड शोषक सामग्रीमध्ये धातूच्या संयुगांचा वापर
ही धातू संयुगे इन्फ्रारेड शोषण सामग्रीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात. उदाहरणार्थ, एटीओ, आयटीओ आणि एझेओ बहुतेक वेळा पारदर्शक प्रवाहकीय, अँटिस्टॅटिक, रेडिएशन संरक्षण कोटिंग्ज आणि पारदर्शक इलेक्ट्रोडमध्ये वापरले जातात; उत्कृष्ट जवळ-अवरक्त संरक्षण कार्यप्रदर्शन आणि गैर-विषारी गुणधर्मांमुळे WO3 विविध उष्णता पृथक्करण, शोषण आणि प्रतिबिंब इन्फ्रारेड सामग्रीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. हे धातू संयुगे त्यांच्या अद्वितीय अवरक्त शोषण वैशिष्ट्यांमुळे इन्फ्रारेड तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात.

2.3 कोणते दुर्मिळ पृथ्वी संयुगे इन्फ्रारेड किरण शोषू शकतात?

पृथ्वीच्या दुर्मिळ घटकांपैकी, लॅन्थेनम हेक्साबोराइड आणि नॅनो-आकाराचे लॅन्थॅनम बोराइड अवरक्त किरण शोषू शकतात.लॅन्थॅनम हेक्साबोराइड (LaB6)रडार, एरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, इन्स्ट्रुमेंटेशन, वैद्यकीय उपकरणे, गृह उपकरणे धातूशास्त्र, पर्यावरण संरक्षण आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे साहित्य आहे. विशेषतः, लॅन्थॅनम हेक्साबोराइड सिंगल क्रिस्टल हे उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉन ट्यूब, मॅग्नेट्रॉन्स, इलेक्ट्रॉन बीम, आयन बीम आणि एक्सीलरेटर कॅथोड्स बनवण्यासाठी एक सामग्री आहे.
याशिवाय, नॅनो-स्केल लॅन्थॅनम बोराईडमध्ये इन्फ्रारेड किरण शोषण्याची गुणधर्म देखील आहेत. सूर्यप्रकाशातील इन्फ्रारेड किरणांना रोखण्यासाठी पॉलिथिलीन फिल्म शीट्सच्या पृष्ठभागावरील कोटिंगमध्ये याचा वापर केला जातो. इन्फ्रारेड किरणांचे शोषण करताना, नॅनो-स्केल लॅन्थॅनम बोराईड जास्त दृश्यमान प्रकाश शोषत नाही. ही सामग्री गरम हवामानात खिडकीच्या काचेमध्ये प्रवेश करण्यापासून इन्फ्रारेड किरणांना रोखू शकते आणि थंड हवामानात प्रकाश आणि उष्णता उर्जेचा अधिक प्रभावीपणे वापर करू शकते.
सैन्य, आण्विक ऊर्जा, उच्च तंत्रज्ञान आणि दैनंदिन ग्राहक उत्पादनांसह अनेक क्षेत्रात दुर्मिळ पृथ्वी घटकांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. उदाहरणार्थ, लॅन्थॅनमचा वापर शस्त्रे आणि उपकरणांमधील मिश्रधातूंची रणनीतिक कामगिरी सुधारण्यासाठी केला जातो, गॅडोलिनियम आणि त्याचे समस्थानिक अणुऊर्जा क्षेत्रात न्यूट्रॉन शोषक म्हणून वापरले जातात आणि अतिनील आणि अवरक्त किरण शोषून घेण्यासाठी सेरिअमचा वापर ग्लास ॲडिटीव्ह म्हणून केला जातो.
सेरिअम, काचेचे मिश्रित पदार्थ म्हणून, अल्ट्राव्हायोलेट आणि इन्फ्रारेड किरण शोषू शकते आणि आता ऑटोमोबाईल ग्लासमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. हे केवळ अल्ट्राव्हायोलेट किरणांपासून संरक्षण करत नाही तर कारच्या आतील तापमान देखील कमी करते, त्यामुळे एअर कंडिशनिंगसाठी विजेची बचत होते. 1997 पासून, जपानी ऑटोमोबाईल ग्लासमध्ये सेरिअम ऑक्साईड जोडले गेले आणि ते 1996 मध्ये ऑटोमोबाईलमध्ये वापरले गेले.

3. धातूच्या संयुगांद्वारे इन्फ्रारेड शोषणाचे गुणधर्म आणि प्रभावित करणारे घटक

3.1 धातूच्या संयुगांद्वारे इन्फ्रारेड शोषणाचे गुणधर्म आणि परिणामकारक घटकांमध्ये प्रामुख्याने खालील बाबींचा समावेश होतो:

शोषण दर श्रेणी: अवरक्त किरणांमध्ये धातूच्या संयुगांचे शोषण दर धातूचा प्रकार, पृष्ठभागाची स्थिती, तापमान आणि इन्फ्रारेड किरणांची तरंगलांबी यासारख्या घटकांवर अवलंबून असते. ॲल्युमिनियम, तांबे आणि लोह यांसारख्या सामान्य धातूंमध्ये खोलीच्या तपमानावर इन्फ्रारेड किरणांचे शोषण दर 10% आणि 50% दरम्यान असते. उदाहरणार्थ, खोलीच्या तपमानावर अवरक्त किरणांच्या शुद्ध ॲल्युमिनियमच्या पृष्ठभागाचे शोषण दर सुमारे 12% आहे, तर खडबडीत तांब्याच्या पृष्ठभागाचा शोषण दर सुमारे 40% पर्यंत पोहोचू शकतो.

3.2 धातूच्या संयुगांद्वारे इन्फ्रारेड शोषणाचे गुणधर्म आणि प्रभावित करणारे घटक– :

‘धातूंचे प्रकार’: वेगवेगळ्या धातूंची अणु रचना आणि इलेक्ट्रॉन व्यवस्था भिन्न असतात, परिणामी अवरक्त किरणांसाठी त्यांची शोषण क्षमता भिन्न असते.
‘पृष्ठभागाची स्थिती’: धातूच्या पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा, ऑक्साईडचा थर किंवा कोटिंग शोषण दरावर परिणाम करेल.
‘तापमान’: तापमानातील बदलांमुळे धातूच्या आत इलेक्ट्रॉनिक स्थिती बदलते, ज्यामुळे त्याच्या इन्फ्रारेड किरणांच्या शोषणावर परिणाम होतो.
‘इन्फ्रारेड तरंगलांबी’: इन्फ्रारेड किरणांच्या वेगवेगळ्या तरंगलांबींमध्ये धातूंसाठी वेगवेगळी शोषण क्षमता असते.
‘विशिष्ट परिस्थितीत बदल’: विशिष्ट विशिष्ट परिस्थितीत, धातूंद्वारे इन्फ्रारेड किरणांच्या शोषण दरात लक्षणीय बदल होऊ शकतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा धातूच्या पृष्ठभागावर विशेष सामग्रीचा थर लावला जातो तेव्हा त्याची इन्फ्रारेड किरण शोषण्याची क्षमता वाढवता येते. याव्यतिरिक्त, उच्च-तापमान वातावरणात धातूंच्या इलेक्ट्रॉनिक अवस्थेतील बदलांमुळे देखील शोषण दर वाढू शकतो.
ॲप्लिकेशन फील्ड: मेटल कंपाऊंड्सच्या इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्मांना इन्फ्रारेड तंत्रज्ञान, थर्मल इमेजिंग आणि इतर फील्डमध्ये महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य आहे. उदाहरणार्थ, धातूच्या पृष्ठभागाचे कोटिंग किंवा तापमान नियंत्रित करून, त्याचे इन्फ्रारेड किरणांचे शोषण समायोजित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे तापमान मोजमाप, थर्मल इमेजिंग इ.
‘प्रायोगिक पद्धती आणि संशोधन पार्श्वभूमी’: संशोधकांनी प्रायोगिक मोजमाप आणि व्यावसायिक अभ्यासांद्वारे धातूंद्वारे इन्फ्रारेड किरणांचे शोषण दर निर्धारित केले. हे डेटा मेटल कंपाऊंड्सचे ऑप्टिकल गुणधर्म समजून घेण्यासाठी आणि संबंधित अनुप्रयोग विकसित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहेत.
सारांश, मेटल कंपाऊंड्सचे इन्फ्रारेड शोषण गुणधर्म अनेक घटकांमुळे प्रभावित होतात आणि वेगवेगळ्या परिस्थितीत लक्षणीय बदलू शकतात. हे गुणधर्म अनेक क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.