थर्मोक्रोमिज्म

थर्मो गुणसूत्र तापमान में बदलाव के कारण रंग बदलने के लिए रासायनिक पदार्थों का गुण है। एक मूड रिंग इस घटना का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, लेकिन थर्मोक्रोमिज़्म के अधिक व्यावहारिक उपयोग भी हैं, जैसे कि बच्चे की बोतलें जो पीने के लिए पर्याप्त ठंडा होने पर एक अलग रंग में बदल जाती हैं, या केटल्स जो पानी के क्वथनांक पर या उसके पास होने पर रंग बदलती हैं। थर्मोक्रोमिज़्म कई प्रकार के क्रोमिज़्म में से एक है।

थर्मोक्रोमिक तरल क्रिस्टल
दो सामान्य दृष्टिकोण तरल स्फ़टिक  और ल्यूको डाई पर आधारित हैं। तरल क्रिस्टल का उपयोग सटीक अनुप्रयोगों में किया जाता है, क्योंकि उनकी प्रतिक्रियाओं को सटीक तापमान पर इंजीनियर किया जा सकता है, लेकिन उनके संचालन के सिद्धांत द्वारा उनकी रंग सीमा सीमित होती है। ल्यूको रंजक रंगों की विस्तृत श्रृंखला का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, लेकिन उनकी प्रतिक्रिया तापमान सटीकता के साथ सेट करना अधिक कठिन होता है।

कुछ द्रव क्रिस्टल भिन्न-भिन्न तापमानों पर भिन्न-भिन्न रंग प्रदर्शित करने में सक्षम होते हैं। यह परिवर्तन सामग्री के क्रिस्टलीय संरचना द्वारा कुछ तरंग दैर्ध्य के चयनात्मक प्रतिबिंब पर निर्भर है, क्योंकि यह निम्न-तापमान क्रिस्टलीय चरण के बीच बदलता है, असमदिग्वर्ती होने की दशा चिराल या मुड़ nematic चरण के माध्यम से, उच्च तापमान समदैशिक  तरल चरण में। केवल निमैटिक मेसोफ़ेज़ में थर्मोक्रोमिक गुण होते हैं; यह सामग्री की प्रभावी तापमान सीमा को प्रतिबंधित करता है।

मुड़ नीमैटिक चरण में अणुओं को नियमित रूप से बदलते अभिविन्यास के साथ परतों में उन्मुख किया जाता है, जो उन्हें आवधिक रिक्ति देता है। क्रिस्टल के माध्यम से गुजरने वाली रोशनी इन परतों पर ब्रैग विवर्तन से गुजरती है, और सबसे बड़ी रचनात्मक हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) के साथ तरंग दैर्ध्य वापस परिलक्षित होता है, जिसे वर्णक्रमीय रंग माना जाता है। क्रिस्टल तापमान में परिवर्तन के परिणामस्वरूप परतों के बीच की दूरी में परिवर्तन हो सकता है और इसलिए परावर्तित तरंग दैर्ध्य में। इसलिए थर्मोक्रोमिक लिक्विड क्रिस्टल का रंग तापमान के आधार पर वर्णक्रमीय रंगों के माध्यम से गैर-चिंतनशील (काले) से लेकर फिर से काला तक हो सकता है। आमतौर पर, उच्च तापमान राज्य नीले-बैंगनी को प्रतिबिंबित करेगा, जबकि कम तापमान वाला राज्य लाल-नारंगी को प्रतिबिंबित करेगा। चूंकि नीला लाल रंग की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य है, यह इंगित करता है कि लिक्विड-क्रिस्टल अवस्था के माध्यम से गर्म करने से परत रिक्ति की दूरी कम हो जाती है।

ऐसी कुछ सामग्रियां कोलेस्टेरिल नॉननोएट या सायनोबिफिनाइल हैं।

तापमान के 3–5 °C विस्तार और लगभग 17–23 °C से लेकर लगभग 37–40 °C तक के मिश्रण को कोलेस्टेरिल ओलेइल कार्बोनेट, कोलेस्टेरिल नॉननोएट, और कोलेस्टेरिल बेंजोएट के अलग-अलग अनुपात से बनाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 65:25:10 का द्रव्यमान अनुपात 17–23 °C की रेंज और 30:60:10 की यील्ड 37–40 °C की रेंज देता है। रंजक और स्याही में प्रयुक्त तरल क्रिस्टल अक्सर निलंबन के रूप में माइक्रोएन्कैप्सुलेटेड होते हैं।

लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां रंग परिवर्तन को सटीक रूप से परिभाषित करना होता है। वे कमरे, रेफ्रिजरेटर, एक्वैरियम और चिकित्सा उपयोग के लिए थर्मामीटर में और टैंकों में प्रोपेन के स्तर के संकेतकों में आवेदन पाते हैं। थर्मोक्रोमिक तरल क्रिस्टल के लिए एक लोकप्रिय अनुप्रयोग मूड के छल्ले हैं।

लिक्विड क्रिस्टल के साथ काम करना मुश्किल होता है और विशेष प्रिंटिंग उपकरण की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक तकनीकों की तुलना में सामग्री स्वयं भी आमतौर पर अधिक महंगी होती है। उच्च तापमान, पराबैंगनी विकिरण, कुछ रसायनों और/या सॉल्वैंट्स का उनके जीवनकाल पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।

ल्यूको रंजक
थर्मोक्रोमिक रंजक अन्य उपयुक्त रसायनों के साथ ल्यूको डाई के मिश्रण पर आधारित होते हैं, जो रंग परिवर्तन (आमतौर पर रंगहीन ल्यूको रूप और रंगीन रूप के बीच) प्रदर्शित करते हैं जो तापमान पर निर्भर करता है। रंगों को शायद ही कभी सीधे सामग्री पर लगाया जाता है; वे आमतौर पर microcapsules  के रूप में अंदर सील किए गए मिश्रण के साथ होते हैं। एक उदाहरण उदाहरण है हाइपरकलर फैशन, जहां क्रिस्टल वायलेट लैक्टोन, कमजोर एसिड, और डोडेकेनॉल में घुलने वाले नमक के साथ माइक्रोकैप्सूल को कपड़े पर लगाया जाता है; जब विलायक ठोस होता है, तो डाई अपने लैक्टोन ल्यूको रूप में मौजूद होती है, जबकि जब विलायक पिघलता है, तो नमक अलग हो जाता है, माइक्रोकैप्सूल के अंदर का पीएच कम हो जाता है, डाई प्रोटोनेटेड हो जाती है, इसकी लैक्टोन रिंग खुल जाती है, और इसका अवशोषण स्पेक्ट्रम काफी हद तक बदल जाता है, इसलिए यह गहरा बैंगनी हो जाता है। इस मामले में स्पष्ट थर्मोक्रोमिज़्म वास्तव में halochromism है।

आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले डाई स्पैरोनोलाक्टोंन, फ्लोरान, स्पाइरोपायरन और फुलगाइड हैं। एसिड में बिसफेनोल ए, पैराबेंस, 1,2,3-ट्राईज़ोल डेरिवेटिव, और 4-हाइड्रॉक्सीकाउमारिन शामिल हैं और प्रोटॉन दाताओं के रूप में कार्य करते हैं, डाई अणु को इसके ल्यूको फॉर्म और इसके प्रोटोनेटेड रंगीन रूप के बीच बदलते हैं; मजबूत एसिड परिवर्तन को अपरिवर्तनीय बना देगा।

ल्यूको डाई में लिक्विड क्रिस्टल की तुलना में कम सटीक तापमान प्रतिक्रिया होती है। वे अनुमानित तापमान के सामान्य संकेतकों (बहुत ठंडा, बहुत गर्म, ठीक के बारे में), या विभिन्न नवीनता वस्तुओं के लिए उपयुक्त हैं। वे आमतौर पर कुछ अन्य वर्णक के संयोजन में उपयोग किए जाते हैं, जो आधार वर्णक के रंग के बीच रंग परिवर्तन और ल्यूको डाई के गैर-ल्यूको रूप के रंग के साथ संयुक्त वर्णक के रंग का उत्पादन करते हैं। कार्बनिक ल्यूको रंजक तापमान के बीच के रेंज के लिए उपलब्ध हैं −5 C और 60 C, रंगों की विस्तृत श्रृंखला में। रंग परिवर्तन आमतौर पर 3 °C (5.4 °F) अंतराल में होता है।

ल्यूको डाई का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां तापमान प्रतिक्रिया सटीकता महत्वपूर्ण नहीं होती है: उदा। सस्ता माल, स्नान के खिलौने, उड़ने वाली डिस्क, और माइक्रोवेव-गर्म खाद्य पदार्थों के लिए अनुमानित तापमान संकेतक। माइक्रोएन्कैप्सुलेशन सामग्री और उत्पादों की विस्तृत श्रृंखला में उनके उपयोग की अनुमति देता है। माइक्रोकैप्सूल का आकार आमतौर पर 3–5 माइक्रोमीटर (नियमित वर्णक कणों से 10 गुना बड़ा) के बीच होता है, जिसके लिए प्रिंटिंग और निर्माण प्रक्रियाओं में कुछ समायोजन की आवश्यकता होती है।

Duracell बैटरी स्थिति संकेतकों में ल्यूको रंगों का एक अनुप्रयोग है। एक प्रतिरोधी पट्टी पर ल्यूको डाई की एक परत उसके गर्म होने को इंगित करने के लिए लगाई जाती है, इस प्रकार बैटरी की आपूर्ति करने में सक्षम करंट की मात्रा का अनुमान लगाया जाता है। पट्टी त्रिकोणीय आकार की है, इसकी लंबाई के साथ इसका प्रतिरोध बदल रहा है, इसलिए इसके माध्यम से बहने वाली धारा की मात्रा के साथ एक आनुपातिक रूप से लंबे खंड को गर्म कर रहा है। ल्यूको डाई के लिए थ्रेसहोल्ड तापमान के ऊपर खंड की लंबाई रंगीन हो जाती है।

पराबैंगनी विकिरण, सॉल्वैंट्स और उच्च तापमान के संपर्क में आने से ल्यूको डाई का जीवनकाल कम हो जाता है। ऊपर तापमान के बारे में 200 - 230 C आमतौर पर ल्यूको डाई को अपरिवर्तनीय क्षति पहुंचाते हैं; के बारे में कुछ प्रकार का समय-सीमित जोखिम 250 C निर्माण के दौरान अनुमति है।

थर्मोक्रोमिक पेंट तरल क्रिस्टल  या ल्यूको डाई तकनीक का उपयोग करते हैं। एक निश्चित मात्रा में प्रकाश या गर्मी को अवशोषित करने के बाद, वर्णक की क्रिस्टलीय या आणविक संरचना में इस तरह से परिवर्तन होता है कि यह कम तापमान की तुलना में एक अलग तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित करता है। थर्मोक्रोमिक पेंट अक्सर कॉफी मग पर एक कोटिंग के रूप में देखे जाते हैं, जिससे एक बार गर्म कॉफी मग में डाल दी जाती है, थर्मोक्रोमिक पेंट गर्मी को अवशोषित करता है और रंगीन या पारदर्शिता (ऑप्टिक्स) बन जाता है, इसलिए मग की उपस्थिति बदल जाती है। इन्हें जादू मग या हीट चेंजिंग मग के नाम से जाना जाता है। एक अन्य आम उदाहरण आइसक्रीम पार्लर और जमे हुए दही की दुकानों में इस्तेमाल होने वाले चम्मचों में ल्यूको डाई का उपयोग है। ठंडे डेसर्ट में डालने के बाद, चम्मच का हिस्सा रंग बदलने लगता है।

पेपर्स
थर्मोक्रोमिक पेपर का उपयोग थर्मल प्रिंटर के लिए किया जाता है। एक उदाहरण ऑक्टाडेसिलफोस्फोनिक एसिड के साथ एक फ्लोरान डाई के ठोस मिश्रण से संसेचित कागज है। यह मिश्रण ठोस चरण में स्थिर है; हालाँकि, जब ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक एसिड को पिघलाया जाता है, तो डाई तरल चरण में एक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरती है, और प्रोटोनेटेड रंगीन रूप ग्रहण करती है। इस अवस्था को तब संरक्षित किया जाता है जब शीतलन प्रक्रिया पर्याप्त तेज होने पर मैट्रिक्स फिर से जम जाता है। जैसा कि ल्यूको फॉर्म कम तापमान और ठोस चरण में अधिक स्थिर होता है, थर्मोक्रोमिक पेपर पर रिकॉर्ड धीरे-धीरे वर्षों में फीका पड़ जाता है।

पॉलिमर
थर्मोक्रोमिज्म थर्मोप्लास्टिक्स, ड्यूरोप्लास्टिक्स, जैल या किसी भी प्रकार के कोटिंग्स में दिखाई दे सकता है। पॉलीमर ही, एक एम्बेडेड थर्मोक्रोमिक एडिटिव या एक उच्च क्रम वाली संरचना जो पॉलिमर के एक गैर-थर्मोक्रोमिक एडिटिव के साथ इंटरेक्शन द्वारा निर्मित होती है, थर्मोक्रोमिक प्रभाव का मूल हो सकता है। इसके अलावा, भौतिक दृष्टिकोण से, थर्मोक्रोमिक प्रभाव की उत्पत्ति विविध हो सकती है। तो यह तापमान के साथ प्रकाश परावर्तन (भौतिकी), अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) और/या बिखरने के गुणों में परिवर्तन से आ सकता है। अनुकूली सौर संरक्षण के लिए थर्मोक्रोमिक पॉलिमर का अनुप्रयोग बहुत रुचि का है। डिजाइन रणनीति द्वारा एक कार्य, उदा. गैर विषैले थर्मोक्रोमिक पॉलिमर के विकास के लिए आवेदन पिछले दशक में ध्यान में आया है।

स्याही
थर्मोक्रोमिक स्याही या रंजक तापमान के प्रति संवेदनशील रासायनिक यौगिक हैं, जिन्हें 1970 के दशक में विकसित किया गया था, जो गर्मी के संपर्क में आने पर अस्थायी रूप से रंग बदलते हैं। वे दो रूपों में आते हैं, लिक्विड क्रिस्टल और ल्यूको डाई। ल्यूको डाई के साथ काम करना आसान है और अनुप्रयोगों की एक बड़ी श्रृंखला के लिए अनुमति देता है। इन अनुप्रयोगों में शामिल हैं: फ्लैट थर्मामीटर, बैटरी परीक्षक, कपड़े, और मेपल [[सिरप]] की बोतलों पर संकेतक जो सिरप के गर्म होने पर रंग बदलते हैं। थर्मामीटर अक्सर मछलीघर के बाहरी हिस्से में या माथे के माध्यम से शरीर का तापमान प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। कूर्स लाइट अब अपने डिब्बे पर थर्मोक्रोमिक स्याही का उपयोग करता है, यह इंगित करने के लिए सफेद से नीले रंग में बदल सकता है कि ठंडा हो सकता है।

अकार्बनिक सामग्री
वस्तुतः सभी अकार्बनिक यौगिक कुछ हद तक थर्मोक्रोमिक होते हैं। हालांकि अधिकांश उदाहरणों में रंग में केवल सूक्ष्म परिवर्तन शामिल होते हैं। उदाहरण के लिए, रंजातु डाइऑक्साइड, जिंक सल्फाइड और  ज़िंक ऑक्साइड  कमरे के तापमान पर सफेद होते हैं लेकिन गर्म होने पर पीले रंग में बदल जाते हैं। इसी तरह इंडियम (IIIलीड (द्वितीय) ऑक्साइड पीले रंग का होता है और गर्म होने पर गहरे पीले-भूरे रंग का हो जाता है। लेड (II) ऑक्साइड गर्म करने पर एक समान रंग परिवर्तन प्रदर्शित करता है। रंग परिवर्तन इन सामग्रियों के इलेक्ट्रॉनिक गुणों (ऊर्जा स्तर, आबादी) में परिवर्तन से जुड़ा हुआ है।

थर्मोक्रोमिज़्म के अधिक नाटकीय उदाहरण उन सामग्रियों में पाए जाते हैं जो चरण संक्रमण से गुजरते हैं या दृश्य क्षेत्र के पास चार्ज-ट्रांसफर बैंड प्रदर्शित करते हैं। उदाहरणों में शामिल
 * क्यूप्रस मरकरी आयोडाइड (Cu2[हगि4]) 67 डिग्री सेल्सियस पर एक चरण संक्रमण से गुजरता है, मध्यवर्ती लाल-बैंगनी अवस्थाओं के साथ उच्च तापमान पर एक गहरे भूरे रंग के ठोस में कम तापमान पर एक चमकदार लाल ठोस सामग्री से विपरीत रूप से बदलता है। रंग तीव्र होते हैं और Cu(I)–Hg(II) चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स के कारण प्रतीत होते हैं। * सिल्वर मरकरी आयोडाइड (Ag2[हगि4]) मध्यम पीले-नारंगी राज्यों के साथ कम तापमान पर पीला और 47-51 डिग्री सेल्सियस से ऊपर नारंगी होता है। रंग तीव्र होते हैं और Ag(I)–Hg(II) चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स के कारण प्रतीत होते हैं।
 * मर्करी (II) आयोडाइड एक क्रिस्टलीय सामग्री है जो 126 °C पर लाल अल्फा चरण से हल्के पीले बीटा चरण में प्रतिवर्ती चरण संक्रमण से गुजरती है।
 * बीआईएस (डाइमिथाइलअमोनियम) टेट्राक्लोरोनिकेलेट (II) ([(सीएच3)2राष्ट्रीय राजमार्ग2]2एनआईसीएल4) रास्पबेरी-लाल यौगिक है, जो लगभग 110 डिग्री सेल्सियस पर नीला हो जाता है। ठंडा होने पर, यौगिक हल्का पीला मेटास्टेबल चरण बन जाता है, जो 2-3 सप्ताह में वापस मूल लाल रंग में बदल जाता है। कई अन्य टेट्राक्लोरोनिकेलेट्स भी थर्मोक्रोमिक हैं।
 * बीआईएस (डायथाइलैमोनियम) टेट्राक्लोरोक्युप्रेट (II) ([(सीएच3चौधरी2)2राष्ट्रीय राजमार्ग2]2क्यूसीएल4) एक चमकीला हरा ठोस पदार्थ है, जो 52–53 °C पर विपरीत रूप से पीले रंग में रंग बदलता है। रंग परिवर्तन हाइड्रोजन बंधों की शिथिलता और कॉपर-क्लोरीन कॉम्प्लेक्स की ज्यामिति के प्लानर से विकृत टेट्राहेड्रल में बाद में परिवर्तन के कारण होता है, जिसमें कॉपर परमाणु के डी-ऑर्बिटल्स की व्यवस्था में उचित परिवर्तन होता है। कोई स्थिर मध्यवर्ती नहीं है, क्रिस्टल या तो हरे या पीले होते हैं। * क्रोमियम (III) ऑक्साइड और एल्युमिनियम (III) ऑक्साइड 1:9 के अनुपात में कमरे के तापमान पर लाल और 400 °C पर ग्रे होता है, इसके क्रिस्टल क्षेत्र में बदलाव के कारण।
 * अवरक्त ट्रांसमिशन को अवरुद्ध करने और खिड़कियों के माध्यम से आंतरिक गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए वैनेडियम डाइऑक्साइड को स्पेक्ट्रल-चयनात्मक विंडो कोटिंग के रूप में उपयोग करने के लिए जांच की गई है। यह सामग्री कम तापमान पर अर्धचालक की तरह व्यवहार करती है, अधिक संचरण की अनुमति देती है, और उच्च तापमान पर एक कंडक्टर की तरह, अधिक परावर्तकता प्रदान करती है।  पारदर्शी अर्धचालक और परावर्तक प्रवाहकीय चरण के बीच चरण परिवर्तन 68 डिग्री सेल्सियस पर होता है; सामग्री को 1.9% टंगस्टन से मिलाने से संक्रमण तापमान 29 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है।

अन्य थर्मोक्रोमिक ठोस अर्धचालक सामग्री में शामिल हैं कुछ खनिज थर्मोक्रोमिक भी होते हैं; उदाहरण के लिए, कुछ क्रोमियम युक्त पायरोप ्स, आमतौर पर लाल-बैंगनी रंग के होते हैं, लगभग 80 °C तक गर्म करने पर हरे हो जाते हैं।
 * सी.डीxZn1−xSyसे1−y (एक्स = 0.5-1, वाई = 0.5-1),
 * निशानxसीडीyएचजी1−x−yOaSbसेc1−a−b−c (x = 0–0.5, y = 0.5–1, a = 0–0.5, b = 0.5–1, c = 0–0.5),
 * एचजीxसीडीyZn1−x−ySbसे1−b (x = 0–1, y = 0–1, b = 0.5–1)।

अपरिवर्तनीय अकार्बनिक थर्मोक्रोम्स
कुछ सामग्री अपरिवर्तनीय रूप से रंग बदलती हैं। इनका उपयोग उदाहरण के लिए किया जा सकता है। सामग्री का लेजर अंकन।
 * कॉपर (I) आयोडाइड एक ठोस पेल टैन सामग्री है जो 60–62 डिग्री सेल्सियस पर नारंगी रंग में परिवर्तित हो जाती है।
 * अमोनियम मेटावनाडेट एक सफेद सामग्री है, जो 150 डिग्री सेल्सियस पर भूरे रंग में और फिर 170 डिग्री सेल्सियस पर काले रंग में बदल जाती है। * मैंगनीज वायलेट (Mn(NH4)2P2O7) एक बैंगनी पदार्थ है, एक लोकप्रिय रंगद्रव्य है, जो 400 डिग्री सेल्सियस पर सफेद हो जाता है।