क्या यह सुविधाजनक नहीं है जब कार्यालय की इमारत की खिड़कियां धूप की तीव्रता के अनुसार अनुकूल रूप से गहरा हो जाती हैं? या जब मानक चश्मा सूरज के नीचे धूप का चश्मा में बदल जाते हैं और जब आप एक इमारत में प्रवेश करते हैं तो वापस स्विच करते हैं? इस तरह के करतब, फोटोक्रोमिक सामग्रियों के लिए संभव हैं, जिनके ऑप्टिकल (और अन्य) गुण दृश्य या पराबैंगनी प्रकाश द्वारा विकिरणित होने पर मौलिक रूप से बदल जाते हैं।

आज, लगभग सभी तेजी से स्विच करने वाले फोटोक्रोमिक पदार्थ कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करके बनाए जाते हैं। दुर्भाग्य से, यह उन्हें संश्लेषित करने के लिए काफी महंगा और जटिल बनाता है, बहु-चरण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए स्केल करना मुश्किल होता है। इसलिए, संभावित अनुप्रयोगों के असंख्य होने के बावजूद ये सामग्रियां सक्षम हो सकती हैं, उनका व्यावसायिक अनुप्रयोग सीमित कर दिया गया है। तेजी से स्विचिंग अकार्बनिक फोटोक्रोमिक सामग्रियों को ढूंढना, जो उन संभावित अनुप्रयोगों को व्यापक रूप से व्यावसायिक रूप से संभव बना सकते हैं, चुनौतीपूर्ण साबित हुए हैं। हालाँकि, में प्रकाशित एक नया अध्ययन अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल इस क्षेत्र में नई आशा लाता है।

इस अध्ययन में, एसोसिएट प्रोफेसर योइची कोबायाशी के नेतृत्व में जापान के रित्सुमाइकन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के एक दल ने पता लगाया कि जस्ता सल्फाइड (ZnS) नैनोक क्रिस्टलों को कॉपर (Cu) आयनों के साथ deculiar photochromic गुणों के साथ डोप किया गया है। जब पराबैंगनी और दृश्यमान (यूवी-विज़) प्रकाश द्वारा विकिरणित होता है, तो ये क्रिस्टल मलाईदार सफेद से गहरे भूरे रंग में बदल जाते हैं। यह विशेष रूप से दिलचस्प है कि जब विकिरण स्रोत बंद हो जाता है, तो सामग्री को हवा में अपने मूल मलाईदार सफेद रंग में वापस लाने के लिए लगभग एक मिनट का समय लगता है, लेकिन यह जलीय घोल में डूबा होने पर माइक्रोसेकंड के पैमाने में ऐसा करता है। टीम ने सैद्धांतिक रूप से और प्रयोगात्मक रूप से इस सामग्री का विश्लेषण करने के लिए आगे बढ़े, अपने कभी नहीं देखे गए फोटोक्रोमैटिक व्यवहार की जटिलताओं को स्पष्ट करने के लिए निर्धारित किया।

लेकिन क्यू-डॉप्ड जेडएनएस नैनोक्रिस्टल्स प्रकाश द्वारा विकिरणित होने पर रंग क्यों बदलते हैं, और उन्हें अपने मूल रंग में लौटने में लंबा समय क्यों लग सकता है? जैसा कि वैज्ञानिकों ने साबित किया, इसका उत्तर फोटोएक्सचार्ज चार्ज कैरियर्स की गतिशीलता के साथ बहुत कुछ है। जब एक फोटॉन एक सामग्री से टकराता है, तो टकराव इलेक्ट्रॉनों को सक्रिय कर सकता है और उन्हें अपने आणविक कक्षा में अन्यथा स्थिर स्थिति में छोड़ने का कारण बन सकता है। इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति एक स्थानीय सकारात्मक चार्ज छोड़ती है, जिसे ठोस-अवस्था भौतिकी में, 'छेद' के रूप में जाना जाता है।

अधिकांश सामग्रियों में, इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी एक दूसरे को रद्द करने से पहले बहुत कम समय के लिए मौजूद होती है, जो कि मूल रूप से इलेक्ट्रॉन को प्राप्त ऊर्जा के एक अंश को फिर से उत्सर्जित करती है। हालाँकि, Cu-doped ZnS में, चित्र बहुत अलग है। छेदों को प्रभावी ढंग से क्यू आयनों द्वारा फँसाया जाता है, जबकि फोटोएक्सेट किए गए इलेक्ट्रॉनों को स्वतंत्र रूप से अन्य अणुओं से उम्मीद हो सकती है, और ये प्रभाव पुनर्संयोजन प्रक्रिया में देरी करते हैं। जैसा कि टीम ने दिखाया, लंबे समय तक रहने वाले छेद सामग्री के ऑप्टिकल गुणों को बदल देते हैं, जिससे मनाया गया फोटोक्रोमैटिक प्रभाव होता है।

तेजी से स्विच करने वाले फोटोक्रोमिज्म को प्रदर्शित करने वाले पहले अकार्बनिक नैनोक्रेक्टर की खोज इस क्षेत्र में बहुत जरूरी प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है, विशेष रूप से व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए। "जिंक सल्फाइड अपेक्षाकृत गैर विषैले है और आसानी से कम लागत पर संश्लेषित किया जा सकता है," कोबायाशी टिप्पणी करते हैं। "हमें विश्वास है कि हमारे शोध से समाज में तेजी से प्रतिक्रिया फोटोक्रोमिक सामग्रियों के व्यापक उपयोग को बढ़ावा मिलेगा।" इस तरह के फोटोक्रोमिक सामग्रियों के उल्लेखनीय अनुप्रयोगों के उदाहरणों में 3 डी टेलीविजन, स्मार्ट ग्लास, वाहनों और घरों के लिए खिड़कियां और यहां तक ​​कि उच्च गति वाली होलोग्राफिक भंडारण शामिल हैं। उन्हें महत्वपूर्ण ब्रांडों और दवाओं के लिए उन्नत विरोधी जालसाजी एजेंटों के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

इसके अलावा, इस अध्ययन में उन शोधकर्ताओं के लिए निहितार्थ हैं जो लागू ऑप्टिकल भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में गहराई से खुदाई करने के इच्छुक हैं। इस संबंध में, कोबायाशी ने टिप्पणी की: “हमने दिखाया है कि नैनोमैटेरियल्स की फोटोक्रोमिक प्रतिक्रिया को फोटोएक्सेटेड वाहक के जीवनकाल को नियंत्रित करके ट्यून किया जा सकता है। अल्ट्रॉन्ग-लिविंग एक्साइटेड कैरियर्स के साथ नॉवेल नैनोमैटिरियल्स की खोज करना न केवल फोटोक्रोमिक सामग्रियों के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि विभिन्न उन्नत फोटोफैक्शनल सामग्रियों जैसे कि ल्यूमिनसेंट सामग्री और फोटोकैटलिस्ट के लिए भी महत्वपूर्ण है। ”

हमें उम्मीद है कि यह अध्ययन हमारे दैनिक जीवन तक पहुँचने और हमारे वायदा (अनुकूल) को उज्जवल बनाने में फोटोक्रोमिज़्म का मार्ग प्रशस्त करता है!

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संदर्भ

मूल पेपर का शीर्षक: कोलाइडल Cu-Doped ZnS Nanocrystals का फास्ट टी-टाइप फोटोक्रोमिज्म

जर्नल: अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल

DOI: 10.1021 / jacs.0c10236

Ritsumeikan विश्वविद्यालय, जापान के बारे में

उदारवाद और अंतर्राष्ट्रीयता की भावना के साथ 1869 में स्थापित, रित्सूमिकन विश्वविद्यालय जापान में शीर्ष क्रम के विश्वविद्यालयों में से एक है; यह Quacquarelli साइमंड्स द्वारा रेट किया गया पहला था। विश्वविद्यालय अब क्योटो, शिगा और ओसाका में तीन मुख्य परिसरों के साथ गिना जाता है और 36,000 से अधिक छात्रों का दावा करता है। यह विनिमय छात्रों के लिए नंबर 1 अनुशंसित गंतव्य है और यहां तक ​​कि पूरी तरह से अंग्रेजी में कुछ डिग्री अर्जित करने का अवसर भी प्रदान करता है। इसका शैक्षिक दर्शन शांति और लोकतंत्र पर आधारित है, और विश्वविद्यालय लोगों और विचारों की समृद्ध विविधता के साथ तेजी से बदलाव के वर्तमान युग का सामना करने का प्रयास करता है।

वेबसाइट: http: // en।Ritsumeiएसी।jp /

Ritsumeikan विश्वविद्यालय, जापान से एसोसिएट प्रोफेसर योइची कोबायाशी के बारे में

योइची कोबायाशी ने कावेसी गाकुइन विश्वविद्यालय, जापान से 2007 में स्नातक की उपाधि प्राप्त की, जहां उन्होंने 2011 में पीएचडी की उपाधि भी प्राप्त की। उन्होंने कई वर्षों से पहले टोरंटो विश्वविद्यालय, कनाडा के विश्वविद्यालय में जापान की सोसाइटी के संवर्धन के लिए काम किया और आओया गाकुइन विश्वविद्यालय के लिए काम किया। 2017 में एक एसोसिएट प्रोफेसर के रूप में रितसुमीकान विश्वविद्यालय में शामिल होना। वह अब फोटोफंक्शनियल फिजिकल केमिस्ट्री लैब में एक शोध समूह का नेतृत्व करते हैं, जहां वे फोटोक्रोमिज्म, ऑप्टिकल नैनोस्ट्रक्चर और नैनोकणों, फोटोनिक्स, और फोटोकैमिस्ट्री पर अत्याधुनिक अध्ययन करते हैं। उन्होंने 50 से अधिक पीयर-रिव्यू पेपर प्रकाशित किए हैं।

धन की जानकारी

इस कार्य को आंशिक रूप से JSPS KAKENHI (अनुदान संख्या JP18K14194, JP18H05263, 19H00888, 20K21174, 20K05419, 18H05407), निप्पॉन शीट ग्लास फ़ाउंडेशन फ़ॉर मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग, ग्रांट-टू-एड फॉर ट्रांसफ़ॉर्मेटिव रिसर्च एरिया, "डायनामिक एक्सॉन" द्वारा समर्थित किया गया था। ), और मासूया रिसर्च फाउंडेशन। XPS माप JAIST में आयोजित किए गए, शिक्षा, संस्कृति, खेल, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MEXT), जापान के नैनो टेक्नोलॉजी प्लेटफ़ॉर्म प्रोग्राम (मॉलिक्यूल एंड मैटेरियल सिंथेसिस) द्वारा समर्थित है।