निष्क्रियता (रसायन विज्ञान)

निष्क्रियता, भौतिक रसायन विज्ञान और इंजीनियरिंग में, एक सामग्री को कोटिंग करने के लिए संदर्भित करता है, इसलिए यह निष्क्रिय हो जाता है, अर्थात, कम आसानी से प्रभावित या पर्यावरण से प्रभावित होता है। पैसिवेशन में ढाल सामग्री की एक बाहरी परत का निर्माण शामिल है जिसे माइक्रोकोटिंग के रूप में लागू किया जाता है, आधार सामग्री के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा बनाया जाता है, या हवा में सहज ऑक्सीकरण द्वारा निर्माण की अनुमति दी जाती है। एक तकनीक के रूप में, जंग के खिलाफ ढाल बनाने के लिए धातु ऑक्साइड आसंजन जैसे सुरक्षात्मक सामग्री के हल्के कोट का उपयोग निष्क्रियता है। microelectronics  उपकरणों के निर्माण के दौरान सिलिकॉन के निष्क्रियकरण का उपयोग किया जाता है। पानी के इलेक्ट्रोकेमिकल उपचार में, निष्क्रियता सर्किट प्रतिरोध को बढ़ाकर उपचार की प्रभावशीलता को कम कर देता है, और इस प्रभाव को दूर करने के लिए आमतौर पर सक्रिय उपायों का उपयोग किया जाता है, सबसे आम पोलरिटी रिवर्सल है, जिसके परिणामस्वरूप दूषण परत की सीमित अस्वीकृति होती है।

हवा के संपर्क में आने पर, कई धातुएं स्वाभाविक रूप से एक कठोर, अपेक्षाकृत रासायनिक रूप से निष्क्रिय सतह परत बनाती हैं, आमतौर पर एक ऑक्साइड (देशी ऑक्साइड परत कहा जाता है) या नाइट्राइड, जो निष्क्रियता परत के रूप में कार्य करता है। चाँदी  के मामले में, डार्क  कलंकति करना  पर्यावरण हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ प्रतिक्रिया से बनने वाली सिल्वर सल्फाइड की एक निष्क्रियता परत है। (इसके विपरीत, आयरन जैसी धातुएं जंग की खुरदरी झरझरा परत बनाने के लिए आसानी से ऑक्सीडाइज़ हो जाती हैं जो शिथिल रूप से चिपक जाती हैं और आसानी से निकल जाती हैं, जिससे आगे ऑक्सीकरण हो जाता है।) ऑक्साइड की निष्क्रियता परत स्पष्ट रूप से  अल्युमीनियम  के लिए कमरे के तापमान की हवा में आगे ऑक्सीकरण और जंग को धीमा कर देती है।  फीरोज़ा, क्रोमियम, जस्ता, टाइटेनियम और सिलिकॉन (एक उपधातु)। हवा के साथ प्रतिक्रिया से बनने वाली अक्रिय सतह परत में सिलिकॉन के लिए लगभग 1.5 एनएम, बेरिलियम के लिए 1-10 एनएम, और शुरू में टाइटेनियम के लिए 1 एनएम की मोटाई होती है, जो कई वर्षों के बाद बढ़कर 25 एनएम हो जाती है। इसी तरह, एल्युमीनियम के लिए, यह कई वर्षों के बाद लगभग 5 एनएम तक बढ़ता है। अर्धचालक उपकरण निर्माण के संदर्भ में, जैसे कि सिलिकॉन MOSFET और  सौर सेल, सरफेस पैसिवेशन न केवल सतह की रासायनिक प्रतिक्रिया को कम करने के लिए संदर्भित करता है, बल्कि झूलने वाले बॉन्ड और इलेक्ट्रॉनिक  सतही अवस्था ्स बनाने वाले अन्य दोषों को भी खत्म करता है, जो प्रदर्शन को कम करता है। उपकरणों। सिलिकॉन के सरफेस पैशन में आमतौर पर उच्च तापमान वाले थर्मल ऑक्सीकरण होते हैं।

तंत्र
समय के साथ ऑक्साइड परत की मोटाई में वृद्धि को नियंत्रित करने वाले तंत्रों को निर्धारित करने में बहुत रुचि रही है। कुछ महत्वपूर्ण कारक मूल धातु के आयतन के सापेक्ष ऑक्साइड की मात्रा, धातु ऑक्साइड के माध्यम से मूल धातु में ऑक्सीजन प्रसार की व्यवस्था और ऑक्साइड की सापेक्ष रासायनिक क्षमता हैं। सूक्ष्म अनाजों के बीच की सीमाएं, यदि ऑक्साइड परत क्रिस्टलीय है, तो ऑक्सीजन के लिए नीचे अनऑक्सीडित धातु तक पहुंचने के लिए एक महत्वपूर्ण मार्ग बनाती है। इस कारण से, काँच  ऑक्साइड कोटिंग्स - जिनमें अनाज की सीमाएं नहीं होती हैं - ऑक्सीकरण को धीमा कर सकती हैं। निष्क्रियता के लिए आवश्यक शर्तें, लेकिन पर्याप्त नहीं, पौरबैक्स आरेखों में दर्ज की गई हैं। कुछ जंग अवरोधक धातुओं की सतह पर एक निष्क्रियता परत के गठन में मदद करते हैं, जिस पर वे लागू होते हैं। विलयन में घुले कुछ यौगिक (क्रोमेट आयन, मोलिब्डेट) धातु की सतहों पर गैर-प्रतिक्रियाशील और कम घुलनशीलता वाली फिल्म बनाते हैं।

डिस्कवरी
1800 के दशक के मध्य में, क्रिश्चियन फ्रेडरिक शॉनबेन ने पाया कि जब लोहे का एक टुकड़ा पतला नाइट्रिक एसिड में रखा जाता है, तो यह भंग हो जाएगा और हाइड्रोजन का उत्पादन करेगा, लेकिन अगर लोहे को केंद्रित नाइट्रिक एसिड में रखा जाता है और फिर पतला नाइट्रिक एसिड में वापस आ जाता है, तो थोड़ा या कोई प्रतिक्रिया नहीं होगी। शॉनबीन ने पहली अवस्था को सक्रिय स्थिति और दूसरी को निष्क्रिय स्थिति का नाम दिया। यदि निष्क्रिय लोहे को सक्रिय लोहे से स्पर्श किया जाता है, तो यह फिर से सक्रिय हो जाता है। 1920 में, राल्फ एस. लिली ने निष्क्रिय लोहे के तार को छूने वाले लोहे के एक सक्रिय टुकड़े के प्रभाव को मापा और पाया कि सक्रियण की एक लहर इसकी पूरी लंबाई में तेजी से (कुछ सौ सेंटीमीटर प्रति सेकंड) फैलती है।

एल्युमिनियम
ऑक्सीकरण नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से वातावरण में ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर एल्युमीनियम स्वाभाविक रूप से अल्यूमिनियम ऑक्साइड  की एक पतली सतह परत बनाता है, जो कई वातावरणों में क्षरण या आगे के ऑक्सीकरण के लिए एक भौतिक अवरोध पैदा करता है। हालांकि, कुछ एल्यूमीनियम मिश्र धातु ऑक्साइड परत को अच्छी तरह से नहीं बनाते हैं, और इस प्रकार जंग से सुरक्षित नहीं होते हैं। कुछ मिश्र धातुओं के लिए ऑक्साइड परत के निर्माण को बढ़ाने के तरीके हैं। उदाहरण के लिए, एक एल्युमिनियम कंटेनर में हाइड्रोजन पेरोक्साइड को स्टोर करने से पहले, कंटेनर को नाइट्रिक एसिड और पेरोक्साइड के विआयनीकृत पानी के साथ बारी-बारी से पतला घोल से धोकर निष्क्रिय किया जा सकता है। नाइट्रिक एसिड और पेरोक्साइड मिश्रण कंटेनर की आंतरिक सतह पर किसी भी अशुद्धियों को ऑक्सीकरण और भंग कर देता है, और विआयनीकृत पानी एसिड और ऑक्सीकृत अशुद्धियों को दूर कर देता है। आम तौर पर, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को निष्क्रिय करने के दो मुख्य तरीके हैं (चढ़ाना, चित्रकारी  और अन्य बाधा कोटिंग्स की गिनती नहीं): क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग और  anodizing । अल्क्लेडिंग, जो अलग-अलग आधार एल्यूमीनियम मिश्र धातु के लिए धातुकर्म रूप से शुद्ध एल्यूमीनियम या मिश्र धातु की पतली परतों को बांधता है, आधार मिश्र धातु का कड़ाई से पारित होना नहीं है। हालाँकि, एल्युमिनियम लेयर Alclad को ऑक्साइड परत को अनायास विकसित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और इस प्रकार बेस मिश्र धातु की रक्षा करता है।

क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग सतह एल्यूमीनियम को एल्यूमीनियम क्रोमेट कोटिंग में परिवर्तित करती है 0.00001 - 0.00004 in मोटाई में। एल्यूमीनियम क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग्स पानी के साथ हाइड्रेटेड जेल जैसी संरचना के साथ संरचना में अनाकार हैं। क्रोमेट रूपांतरण न केवल एल्यूमीनियम, बल्कि जस्ता, कैडमियम, तांबा, चांदी, मैगनीशियम  और  विश्वास करना  मिश्र धातुओं को निष्क्रिय करने का एक सामान्य तरीका है।

Anodizing एक इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया है जो एक मोटी ऑक्साइड परत बनाती है। एनोडिक कोटिंग में हाइड्रेटेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड होता है और इसे संक्षारण और घर्षण प्रतिरोधी माना जाता है। यह खत्म अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक मजबूत है और विद्युत इन्सुलेशन भी प्रदान करता है, जो कि अन्य दो प्रक्रियाओं में नहीं हो सकता है।

कार्बन
कार्बन क्वांटम डॉट (CQD) तकनीक में, CQD छोटे कार्बन नैनोकणों  (आकार में 10 एनएम से कम) होते हैं, जिनमें किसी प्रकार की सतह निष्क्रियता होती है।

लौह सामग्री
इस्पात सहित लौह सामग्री को ऑक्सीकरण (जंग) को बढ़ावा देकर और फिर फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग करके ऑक्सीकरण को मेटालोफॉस्फेट में परिवर्तित करके और सतह कोटिंग द्वारा और सुरक्षा जोड़कर कुछ हद तक संरक्षित किया जा सकता है। चूंकि अनकोटेड सतह पानी में घुलनशील है, एक पसंदीदा तरीका मैंगनीज या जस्ता यौगिकों को आमतौर पर  parkerizing  या फॉस्फेट रूपांतरण के रूप में जाना जाता है। पुराने, कम प्रभावी लेकिन रासायनिक रूप से समान विद्युत रासायनिक रूपांतरण कोटिंग्स में  काली ऑक्साइड  शामिल था, जिसे ऐतिहासिक रूप से  धुंधला (स्टील)  या ब्राउनिंग (स्टील) के रूप में जाना जाता है। साधारण स्टील क्षार वातावरण में एक निष्क्रिय परत बनाता है, जैसा कि  ठोस  में मजबूत बार करता है।

स्टेनलेस स्टील
स्टेनलेस स्टील जंग प्रतिरोधी हैं, लेकिन वे जंग के लिए पूरी तरह से अभेद्य नहीं हैं। संक्षारण प्रतिरोधी स्टील्स में जंग का एक सामान्य तरीका है जब सतह पर छोटे धब्बे जंग लगना शुरू हो जाते हैं क्योंकि अनाज की सीमाएं या विदेशी पदार्थ के एम्बेडेड बिट्स (जैसे कि पतरे पीसना) पानी के अणुओं को मिश्र धातु के बावजूद उन स्थानों में कुछ लोहे को ऑक्सीकरण करने की अनुमति देते हैं। क्रोमियम। इसे रगड़ना कहा जाता है। स्टेनलेस स्टील के कुछ ग्रेड विशेष रूप से रौगिंग के प्रतिरोधी होते हैं; इसलिए उनसे बने पुर्जे इंजीनियरिंग के फैसलों के आधार पर किसी भी निष्क्रियता के कदम को छोड़ सकते हैं। सभी अलग-अलग विशिष्टताओं और प्रकारों के बीच सामान्य निम्नलिखित चरण हैं: निष्क्रियता से पहले, वस्तु को किसी भी दूषित पदार्थों से साफ किया जाना चाहिए और आम तौर पर यह साबित करने के लिए एक मान्य परीक्षण से गुजरना चाहिए कि सतह 'साफ' है। वस्तु को तब एक अम्लीय निष्क्रिय स्नान में रखा जाता है जो ग्राहक और विक्रेता के बीच निर्दिष्ट विधि और प्रकार की तापमान और रासायनिक आवश्यकताओं को पूरा करता है। जबकि नाइट्रिक एसिड आमतौर पर स्टेनलेस स्टील के लिए एक निष्क्रिय एसिड के रूप में उपयोग किया जाता है, साइट्रिक एसिड लोकप्रियता में बढ़ रहा है क्योंकि इसे संभालना कम खतरनाक, कम विषाक्त और बायोडिग्रेडेबल है, जिससे निपटान एक चुनौती से कम हो जाता है। निष्क्रिय तापमान परिवेश से 60 डिग्री सेल्सियस तक हो सकता है, या 140 °F, जबकि न्यूनतम निष्क्रियता का समय आमतौर पर 20 से 30 मिनट होता है। पारित होने के बाद, जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड के स्नान का उपयोग करके भागों को बेअसर कर दिया जाता है, फिर साफ पानी से धोया जाता है और सुखाया जाता है। निष्क्रिय सतह को आर्द्रता, ऊंचा तापमान, जंग लगने वाले एजेंट (नमक स्प्रे), या तीनों के कुछ संयोजन का उपयोग करके मान्य किया जाता है। निष्क्रियता प्रक्रिया बहिर्जात लोहे को हटाती है, एक निष्क्रिय ऑक्साइड परत बनाता / पुनर्स्थापित करता है जो आगे ऑक्सीकरण (जंग) को रोकता है, और गंदगी, स्केल, या अन्य वेल्डिंग-जनित यौगिकों (जैसे ऑक्साइड) के हिस्सों को साफ करता है। पैसिवेशन प्रक्रियाओं को आम तौर पर उद्योग मानकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, उनमें से सबसे प्रचलित आज एएसटीएम ए 967 और एएमएस 2700 हैं। ये उद्योग मानक आम तौर पर कई पैसिवेशन प्रक्रियाओं को सूचीबद्ध करते हैं जिनका उपयोग ग्राहक और विक्रेता के लिए विशिष्ट विधि के विकल्प के साथ किया जा सकता है। विधि या तो नाइट्रिक एसिड-आधारित निष्क्रिय स्नान है, या साइट्रिक एसिड-आधारित स्नान है, ये एसिड क्रोमियम को बख्शते हुए सतह के लोहे और जंग को हटाते हैं। प्रत्येक विधि के तहत सूचीबद्ध विभिन्न 'प्रकार' एसिड बाथ तापमान और एकाग्रता में अंतर का उल्लेख करते हैं। नाइट्रिक-आधारित एसिड स्नान के कुछ 'प्रकार' में क्रोमियम को ऑक्सीकरण करने के लिए अक्सर सोडियम डाइक्रोमेट की आवश्यकता होती है, हालांकि यह रसायन अत्यधिक विषैला होता है। साइट्रिक एसिड के साथ, बस कुल्ला और भाग को सुखाना और हवा को इसे ऑक्सीकरण करने की अनुमति देना, या कुछ मामलों में अन्य रसायनों के अनुप्रयोग का उपयोग सतह को पारित करने के लिए किया जाता है।

कुछ एयरोस्पेस निर्माताओं के लिए यह असामान्य नहीं है कि वे अपने उत्पादों को राष्ट्रीय मानक से अधिक पारित करते समय अतिरिक्त दिशानिर्देश और विनियम रखें। अक्सर, इन आवश्यकताओं को Nadcap या किसी अन्य प्रत्यायन प्रणाली का उपयोग करके कम किया जाएगा। स्टेनलेस स्टील के निष्क्रियता (या निष्क्रिय अवस्था) को निर्धारित करने के लिए विभिन्न परीक्षण विधियाँ उपलब्ध हैं। किसी भाग की निष्क्रियता को मान्य करने के लिए सबसे आम तरीके कुछ समय के लिए उच्च आर्द्रता और गर्मी का संयोजन है, जिसका उद्देश्य जंग लगने को प्रेरित करना है। व्यावसायिक रूप से निष्क्रियता को सत्यापित करने के लिए विद्युत-रासायनिक परीक्षकों का भी उपयोग किया जा सकता है।

टाइटेनियम
टाइटेनियम और टाइटेनियम युक्त मिश्र धातुओं की सतह हवा के संपर्क में आने पर टाइटेनियम ऑक्साइड की एक पतली निष्क्रियता परत बनाने के लिए तुरंत ऑक्सीकरण करती है, ज्यादातर रंजातु डाइऑक्साइड । यह परत ऑक्साइड परत की क्रमिक वृद्धि को छोड़कर, हवा में कई वर्षों के बाद ~25 nm तक मोटी हो जाने के अलावा, इसे आगे क्षरण के लिए प्रतिरोधी बनाती है। यह सुरक्षात्मक परत इसे समुद्री जल जैसे संक्षारक वातावरण में भी उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है। एक मोटी निष्क्रियता परत का उत्पादन करने के लिए टाइटेनियम को एनोडाइज किया जा सकता है। कई अन्य धातुओं की तरह, यह परत पतली-फिल्म के हस्तक्षेप का कारण बनती है, जिससे धातु की सतह रंगीन दिखाई देती है, साथ ही निष्क्रियता परत की मोटाई सीधे उत्पादित रंग को प्रभावित करती है।

निकल
निकल (IIनिकल (द्वितीय) फ्लोराइड की निष्क्रियता परत के गठन के कारण निकेल का उपयोग प्राथमिक एक अधातु तत्त्व को संभालने के लिए किया जा सकता है। यह तथ्य जल उपचार और सीवेज उपचार अनुप्रयोगों में उपयोगी है।

सिलिकॉन
microelectronics और फोटोवोल्टिक सौर कोशिकाओं के क्षेत्र में, सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत बनाने के लिए लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा सतह निष्क्रियता आमतौर पर कार्यान्वित की जाती है। सौर सेल दक्षता के लिए भूतल निष्क्रियता महत्वपूर्ण है। 3-7% की रेंज की दक्षता पर निष्क्रियता का प्रभाव। सतह प्रतिरोधकता अधिक है,> 100 Ωcm।

पेरोव्स्काइट
पेरोसाइट सौर कोशिकाओं को बेहतर बनाने के लिए सबसे आसान और सबसे व्यापक रूप से अध्ययन की जाने वाली विधि निष्क्रियता है। ये दोष आमतौर पर पेरोसाइट फिल्मों की सतह पर हैंगिंग बॉन्ड की उपस्थिति के कारण सौर कोशिकाओं में गहरे ऊर्जा स्तर के दोषों को जन्म देते हैं। आम तौर पर, छोटे अणुओं या पॉलिमर को लटकाने वाले बंधनों के साथ बातचीत करने के लिए डोप किया जाता है और इस प्रकार दोष राज्यों को कम किया जाता है। यह प्रक्रिया टेट्रिस के समान है, यानी हम चाहते हैं कि परत हमेशा भरी रहे। निष्क्रियता के कार्य के साथ एक छोटा अणु किसी प्रकार का वर्ग होता है जिसे खाली जगह में डाला जा सकता है और फिर एक पूर्ण परत प्राप्त की जाती है। इन अणुओं में आम तौर पर अकेला इलेक्ट्रॉन जोड़े या पीआई-इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए वे इसे बांध सकते हैं सेल फिल्म की सतह पर दोषपूर्ण राज्य और इस प्रकार सामग्री के पारित होने को प्राप्त करते हैं। इसलिए, कार्बोनिल समूह जैसे अणु, नाइट्रोजन युक्त अणु, और सल्फर युक्त अणु माना जाता है, और हाल ही में यह दिखाया गया है कि पाई इलेक्ट्रॉन भी एक भूमिका निभा सकते हैं। इसके अलावा, निष्क्रियता न केवल पेरोसाइट कोशिकाओं की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता में सुधार करती है, बल्कि डिवाइस स्थिरता में सुधार में भी योगदान देती है। उदाहरण के लिए, कुछ नैनोमीटर मोटाई की एक निष्क्रियता परत जोड़ने से जल वाष्प घुसपैठ को रोकने के प्रभाव से निष्क्रियता को प्रभावी ढंग से प्राप्त किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * शीत वेल्डिंग
 * डील-ग्रोव मॉडल
 * पिलिंग-बेडवर्थ अनुपात

अग्रिम पठन

 * Chromate conversion coating (chemical film) per MIL-DTL-5541F for aluminium and aluminium alloy parts
 * A standard overview on black oxide coatings is provided in MIL-HDBK-205, Phosphate & Black Oxide Coating of Ferrous Metals. Many of the specifics of Black Oxide coatings may be found in MIL-DTL-13924 (formerly MIL-C-13924). This Mil-Spec document additionally identifies various classes of Black Oxide coatings, for use in a variety of purposes for protecting ferrous metals against rust.
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm
 * Chromate conversion coating (chemical film) per MIL-DTL-5541F for aluminium and aluminium alloy parts
 * A standard overview on black oxide coatings is provided in MIL-HDBK-205, Phosphate & Black Oxide Coating of Ferrous Metals. Many of the specifics of Black Oxide coatings may be found in MIL-DTL-13924 (formerly MIL-C-13924). This Mil-Spec document additionally identifies various classes of Black Oxide coatings, for use in a variety of purposes for protecting ferrous metals against rust.
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm
 * Passivisation : Debate over Paintability http://www.coilworld.com/5-6_12/rlw3.htm