Electrochromism
इलेक्ट्रोक्रोमिज्म एक ऐसी घटना है जिसमें एक सामग्री विद्युत उत्तेजना के जवाब में रंग या अपारदर्शिता में परिवर्तन प्रदर्शित करती है। इस तरह, एक इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री से बनी एक स्मार्ट खिड़की पराबैंगनी, दृश्यमान या (निकट) अवरक्त प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को अवरुद्ध कर सकती है। निकट-अवरक्त प्रकाश के संचरण को नियंत्रित करने की क्षमता एक इमारत की ऊर्जा दक्षता को बढ़ा सकती है, जिससे गर्मियों के दौरान ठंडा होने और सर्दियों के दौरान गर्मी के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा कम हो सकती है। चूंकि रंग परिवर्तन लगातार होता है और ऊर्जा को केवल परिवर्तन को प्रभावित करने के लिए लागू करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री का उपयोग सतह से गुजरने वाले प्रकाश और गर्मी की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, आमतौर पर "स्मार्ट खिड़कियां"। एक लोकप्रिय अनुप्रयोग ऑटोमोबाइल उद्योग में है जहाँ इसका उपयोग विभिन्न प्रकाश स्थितियों में स्वचालित रूप से पीछे से देखने वाले दर्पणों को रंग देने के लिए किया जाता है। सिद्धांत इलेक्ट्रोक्रोमिज़्म की घटना कुछ संक्रमण धातु ऑक्साइडों में होती है जो इलेक्ट्रॉनों और आयनों दोनों का संचालन करते हैं, जैसे कि टंगस्टन ट्राइऑक्साइड (WO3)। इन ऑक्साइडों में ऑक्सीजन की ऑक्टाहेड्रल संरचनाएँ होती हैं जो एक केंद्रीय धातु परमाणु को घेरती हैं और कोनों पर एक साथ जुड़ी होती हैं। यह व्यवस्था अलग-अलग अष्टतल खंडों के बीच "सुरंगों" के साथ एक त्रि-आयामी नैनोपोरस संरचना का उत्पादन करती है। ये सुरंगें विघटित आयनों को पदार्थ से गुजरने की अनुमति देती हैं जब वे एक विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित होते हैं। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य आयन H + और Li + हैं। विद्युत क्षेत्र आमतौर पर दो सपाट, पारदर्शी इलेक्ट्रोड द्वारा प्रेरित होता है जो आयन युक्त परतों को सैंडविच करते हैं। जैसे ही इन इलेक्ट्रोडों पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, दोनों पक्षों के बीच चार्ज में अंतर आयनों को ऑक्साइड में प्रवेश करने का कारण बनता है क्योंकि चार्ज-संतुलित इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोडों के बीच प्रवाहित होते हैं। ये इलेक्ट्रॉन ऑक्साइड में धातु परमाणुओं की संयोजकता को बदल देते हैं, जिससे उनका आवेश कम हो जाता है, जैसा कि टंगस्टन ट्राइऑक्साइड के निम्नलिखित उदाहरण में हैः + n (+ e−) → यह एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया है क्योंकि विद्युत सक्रिय धातु इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करती है, जिससे एक अर्ध-कोशिका बनती है। कड़ाई से कहें तो, एक रासायनिक इकाई के रूप में इलेक्ट्रोड में सपाट प्लेट के साथ-साथ इसके संपर्क में अर्धचालक पदार्थ भी होता है। हालांकि, "इलेक्ट्रोड" शब्द अक्सर केवल सपाट प्लेटों को संदर्भित करता है, जिसे विशेष रूप से इलेक्ट्रोड "सब्सट्रेट" कहा जाता है। ऑक्साइड परत तक पहुँचने वाले फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन को पास के दो धातु आयनों के बीच स्थानांतरित कर सकते हैं। फोटॉन द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन की गति का कारण बनती है जो बदले में फोटॉन के ऑप्टिकल अवशोषण का कारण बनती है। उदाहरण के लिए, दो टंगस्टन आयनों ए और बी के लिए टंगस्टन ऑक्साइड में निम्नलिखित प्रक्रिया होती हैः + + फोटॉन + + इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री, जिसे क्रोमोफोर के रूप में भी जाना जाता है, वोल्टेज लागू होने पर सतह के ऑप्टिकल रंग या अपारदर्शिता को प्रभावित करती है। धातु ऑक्साइडों में, टंगस्टन ऑक्साइड (डब्ल्यू. ओ. 3) सबसे व्यापक रूप से अध्ययन की गई और प्रसिद्ध इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री है। अन्य में मोलिब्डेनम, टाइटेनियम और नियोबियम ऑक्साइड शामिल हैं, हालांकि ये प्रकाशिक रूप से कम प्रभावी हैं। वायोलोजन कार्बनिक पदार्थों का एक वर्ग है जिसकी इलेक्ट्रोक्रोमिक अनुप्रयोगों के लिए गहन जांच की जा रही है। ये 4,4′-बाइपाइरिडिन यौगिक रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के कारण रंगहीन और गहरे नीले रंग के बीच प्रतिवर्ती रंग परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं। शोधकर्ता उन्हें गहरे नीले या तीव्र हरे रंग में "ट्यून" कर सकते हैं। कार्बनिक पदार्थों के रूप में, धातु-आधारित प्रणालियों की तुलना में वायोलोजन को इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक विकल्प के रूप में देखा जाता है, जो महंगे, विषाक्त और पुनर्चक्रण के लिए एक समस्या होते हैं। वायोलोजन के संभावित लाभों में उनके ऑप्टिकल कंट्रास्ट, रंग दक्षता, रेडॉक्स स्थिरता, डिजाइन में आसानी और बड़े क्षेत्र की तैयारी के लिए पैमाने की क्षमता शामिल है। जेनटेक्स निगम द्वारा फेनलिनेडियामाइन के साथ वायोलोगेंस का उपयोग किया गया है, जिसने बोइंग 787 विमान में ऑटो-डिमिंग रियरव्यू मिरर और स्मार्ट खिड़कियों का व्यावसायीकरण किया है। वायोलोगेन का उपयोग छोटे डिजिटल डिस्प्ले के निर्माण में टाइटेनियम डाइऑक्साइड (टी. आई. ओ. 2, जिसे टाइटेनिया के रूप में भी जाना जाता है) के संयोजन में किया गया है। प्रदर्शन के लिए विभिन्न प्रकार के संवाहक पॉलिमर भी दिलचस्प हैं, जिनमें पॉलीपिरोल, पी. ई. डी. ओ. टी. और पॉलीयनिलिन शामिल हैं। टंगस्टन ऑक्साइड का संश्लेषण टंगस्टन ऑक्साइड को संश्लेषित करने के लिए कई तरीकों का उपयोग किया गया है, जिसमें रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), स्पटरिंग, थर्मल वाष्पीकरण, स्प्रे पायरोलिसिस (वाष्प या सोल-जेल से), और हाइड्रोथर्मल संश्लेषण (तरल से) शामिल हैं। उद्योग में, टंगस्टन ऑक्साइड के निक्षेपण के लिए स्पटरिंग सबसे आम विधि है। सामग्री संश्लेषण के लिए, सरल प्रक्रिया, कम लागत और आसान नियंत्रण के अपने लाभों के कारण सोल-जेल प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सोल-जेल प्रक्रिया टंगस्टन ट्राइऑक्साइड की सोल-जेल प्रक्रिया में, अल्कोहल में घुल जाता है और फिर इसके घोल में शुद्ध करके ऑक्सीकरण किया जाता हैः + → + का गठन अल्कोहल और क्लोरीन की प्रतिक्रिया द्वारा किया जाता है जिसका उपयोग निम्न के नीले घोल को प्राप्त करने के लिए किया जाता हैः + → + + → नैनोपार्टिकल्स को जलीय घोल से अम्लीय परिस्थितियों में अमोनियम टंगस्टेट पैरा पेंटाहाइड्रेट, या नाइट्रिक एसिड की वर्षा द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है। इलेक्ट्रोक्रोमिक खिड़कियों का कार्य सिद्धांत इलेक्ट्रोक्रोमिक विशेषताओं के साथ एक कार्यात्मक स्मार्ट खिड़की के लिए कई परतों की आवश्यकता होती है। पहला और अंतिम सिलिका () से बना पारदर्शी कांच है, वोल्टेज को लागू करने के लिए दो इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है, जो बदले में आयन भंडारण परत से आयनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री (या इसके विपरीत) में धकेल देगा (या खींचेगा)। उच्च वोल्टेज (4 वी या अधिक) लगाने से लिथियम-आयनों को इलेक्ट्रोक्रोमिक परत में धकेल दिया जाएगा, जिससे इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री निष्क्रिय हो जाएगी। खिड़की अब पूरी तरह से पारदर्शी है। कम वोल्टेज (उदाहरण के लिए 2.5 वी) लगाने से इलेक्ट्रोक्रोमिक परत में ली-आयनों की सांद्रता कम हो जाती है, इस प्रकार (एन) आईआर-सक्रिय टंगस्टन ऑक्साइड सक्रिय हो जाता है। यह सक्रियण अवरक्त प्रकाश के परावर्तन का कारण बनता है, इस प्रकार ग्रीनहाउस प्रभाव को कम करता है, जो बदले में वातानुकूलन के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करता है। उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री के आधार पर, स्पेक्ट्रम के विभिन्न हिस्सों को अवरुद्ध किया जा सकता है, इस तरह यूवी, दृश्यमान और आईआर प्रकाश को उपयोगकर्ता की इच्छा पर स्वतंत्र रूप से प्रतिबिंबित किया जा सकता है। अनुप्रयोग कई इलेक्ट्रोक्रोमिक उपकरण विकसित किए गए हैं। इलेक्ट्रोक्रोमिज्म का उपयोग आमतौर पर इलेक्ट्रोक्रोमिक खिड़कियों या "स्मार्ट ग्लास" के उत्पादन में किया जाता है, और हाल ही में कागज के सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रोक्रोमिक डिस्प्ले का उपयोग पैकेजिंग में एकीकृत नकली-रोधी प्रणालियों के रूप में किया जाता है। एन. आई. ओ. सामग्री का व्यापक रूप से पूरक इलेक्ट्रोक्रोमिक उपकरणों के लिए काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में अध्ययन किया गया है, विशेष रूप से स्मार्ट खिड़कियों के लिए। आईसीई 3 हाई स्पीड ट्रेनें यात्री डिब्बे और चालक के केबिन के बीच इलेक्ट्रोक्रोमिक ग्लास पैनलों का उपयोग करती हैं। मानक मोड स्पष्ट है, और इसे चालक द्वारा फ्रॉस्टेड में बदला जा सकता है। बोइंग 787 ड्रीमलाइनर में इलेक्ट्रोक्रोमिक खिड़कियों का उपयोग किया जाता है, जिससे चालक दल और यात्रियों को खिड़कियों की पारदर्शिता को नियंत्रित करने और चमक को रोकने में मदद मिलती है। इलेक्ट्रोक्रोमिक उपकरण भी देखें स्मार्ट ग्लास इलेक्ट्रॉनिक पेपर फॉस्फेफेनलीन आगे पढ़ने के संदर्भ जेंट विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रोक्रोमेटिक डिस्प्ले पर बाहरी लिंक ट्यूटोरियल (6 जनवरी 2012 को मूल से संग्रहीत) राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला में इलेक्ट्रोक्रोमिक खिड़कियों की ऊर्जा दक्षता पर लेख (21 जुलाई 2017 को मूल से संग्रहीत) यूट्यूब क्रोमिज्म स्कैटरिंग, अवशोषण और विकिरण हस्तांतरण (प्रकाशिकी) पर पारभासी से पारदर्शी में बदलते इलेक्ट्रोक्रोमिक ग्लास का वीडियो