थर्मोक्रोमिज्म

थर्मो गुणसूत्र तापमान में परिवर्तन के कारण रंग बदलने के लिए रासायनिक पदार्थ का गुण है। एक मूड वलय इस घटना का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, किंतु 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 परिवर्तित 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 स्पष्ट अनुप्रयोगों में किया जाता है क्योंकि उनकी प्रतिक्रियाओं को स्पष्ट तापमान पर इंजीनियर किया जा सकता है किंतु उनके संचालन के सिद्धांत द्वारा उनकी रंग सीमा सीमित होती है। ल्यूको रंजक रंगों की विस्तृत श्रृंखला का उपयोग करने की अनुमति देते हैं किंतु उनकी प्रतिक्रिया तापमान स्पष्टता के साथ स्थित करना अधिक कठिन होता है।

कुछ द्रव क्रिस्टल भिन्न-भिन्न तापमानों पर भिन्न-भिन्न रंग प्रदर्शित करने में सक्षम होते हैं। यह परिवर्तन पदार्थ 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 नेमेटिक चरण के माध्यम से उच्च तापमान समदैशिक तरल चरण में केवल निमैटिक मेसोफ़ेज़ में थर्मोक्रोमिक गुण होते हैं; यह पदार्थ 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 प्रकाश 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। सामान्यतः उच्च तापमान स्थिति नीले-बैंगनी को प्रतिबिंबित करेगा जबकि कम तापमान वाला स्थिति 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 सीमा और 30:60:10 की यील्ड 37–40 °C की सीमा देता है।

रंजक और स्याही में प्रयुक्त तरल क्रिस्टल सामान्यतः निलंबन के रूप में माइक्रोएन्कैप्सुलेटेड होते हैं।

लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां रंग परिवर्तन को स्पष्ट 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 वलय हैं।

लिक्विड क्रिस्टल के साथ काम करना कठिन होता है और विशेष प्रिंटिंग उपकरण की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक विधियों की तुलना में पदार्थ स्वयं भी सामान्यतः अधिक मूल्यवान 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 (सामान्यतः रंगहीन ल्यूको रूप और रंगीन रूप के बीच) प्रदर्शित करते हैं जो तापमान पर निर्भर करता है। रंगों को संभवतः ही कभी सीधे पदार्थ पर लगाया जाता है; वे सामान्यतः माइक्रो कैप्सूल के रूप में अंदर सील किए गए मिश्रण के साथ होते हैं। एक उदाहरण उदाहरण है हाइपरकलर फैशन जहां क्रिस्टल वायलेट लैक्टोन, अशक्त अम्ल, 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 उपस्थित 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 वलय खुल जाती है, और इसका अवशोषण स्पेक्ट्रम अधिक सीमा तक बदल जाता है, इसलिए यह गहरा बैंगनी हो जाता है। इस स्थिति में स्पष्ट थर्मोक्रोमिज़्म वास्तव में हेलोक्रोमिज़्म है।

सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले डाई स्पैरोनोलाक्टोंन, फ्लोरान, स्पाइरोपायरन और फुलगाइड हैं। अम्ल में बिसफेनोल ए, पैराबेंस, 1,2,3-ट्राईज़ोल डेरिवेटिव, और 4-हाइड्रॉक्सीकाउमारिन सम्मिलित 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; शसक्त अम्ल परिवर्तन को अपरिवर्तनीय बना देगा।

ल्यूको डाई में लिक्विड क्रिस्टल की तुलना में कम स्पष्ट 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 सामान्यतः 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 सीमा के लिए उपलब्ध हैं −5 C और 60 C, रंगों की विस्तृत श्रृंखला में रंग परिवर्तन सामान्यतः 3 °C (5.4 °F) अंतराल में होता है।

ल्यूको डाई का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां तापमान प्रतिक्रिया स्पष्टता महत्वपूर्ण नहीं होती है: उदा। सस्ता माल, बाथ टोय्स उड़ने वाली डिस्क, और माइक्रोवेव-गर्म खाद्य पदार्थों के लिए अनुमानित तापमान संकेतक माइक्रोएन्कैप्सुलेशन पदार्थ और उत्पादों की विस्तृत श्रृंखला में उनके उपयोग की अनुमति देता है। माइक्रोकैप्सूल का आकार सामान्यतः 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।

ड्यूरासेल 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 धारा 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 सामान्यतः ल्यूको डाई को अपरिवर्तनीय क्षति पहुंचाते हैं; के बारे में कुछ प्रकार का समय-सीमित कठिन परिस्थिति 250 C निर्माण के समय अनुमति है।

थर्मोक्रोमिक पेंट तरल क्रिस्टल या ल्यूको डाई विधि 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 सामान्यतः अधिक मग पर एक कोटिंग के रूप में देखे जाते हैं जिससे एक बार गर्म अधिक 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 मैजिक मग या ताप परिवर्तन मग के नाम से जाना जाता है। एक अन्य आम उदाहरण आइसक्रीम पार्लर और जमे हुए दही की दुकानों में उपयोग होने वाले चम्मचों में ल्यूको डाई का उपयोग है। ठंडे डेसर्ट में डालने के बाद चम्मच का भाग रंग बदलने लगता है।

पेपर्स
थर्मोक्रोमिक पेपर का उपयोग थर्मल प्रिंटर के लिए किया जाता है। एक उदाहरण ऑक्टाडेसिलफोस्फोनिक अम्ल के साथ एक फ्लोरान डाई के ठोस मिश्रण से संसेचित कागज है। यह मिश्रण ठोस चरण में स्थिर है; चूँकि जब ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक अम्ल 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 आव्यूह 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 अशक्त 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 अतिरिक्त 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 प्रकीर्णन 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 सम्मिलित हैं: फ्लैट थर्मामीटर, बैटरी परीक्षक, कपड़े, और मेपल सिरप की बोतलों पर संकेतक जो सिरप के गर्म होने पर रंग बदलते हैं। थर्मामीटर सामान्यतः एक्वैरियम, के बाहरी भाग 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 पदार्थ
वस्तुतः सभी अकार्बनिक यौगिक कुछ सीमा तक थर्मोक्रोमिक होते हैं। चूँकि अधिकांश उदाहरणों में रंग में केवल सूक्ष्म परिवर्तन सम्मिलित होते हैं। उदाहरण के लिए, रंजातु डाइऑक्साइड, जिंक सल्फाइड और ज़िंक ऑक्साइड कमरे के तापमान पर सफेद होते हैं किंतु 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, जनसंख्या) 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 आवेश-रूपांतरण बैंड प्रदर्शित करते हैं। उदाहरणों में सम्मिलित
 * क्यूप्रस मरकरी आयोडाइड (Cu2[HgI4]) 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 पदार्थ से विपरीत रूप से बदलता है। रंग तीव्र होते हैं और Cu(I)–Hg(II) आवेश-रूपांतरण कॉम्प्लेक्स के कारण प्रतीत होते हैं।
 * सिल्वर मरकरी आयोडाइड (Ag2[HgI4]) मध्यम पीले-नारंगी स्थिति 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) आवेश-रूपांतरण कॉम्प्लेक्स के कारण प्रतीत होते हैं।
 * मर्करी (II) आयोडाइड एक क्रिस्टलीय पदार्थ है जो 126 °C पर लाल अल्फा चरण से हल्के पीले बीटा चरण में प्रतिवर्ती चरण संक्रमण से गुजरती है।
 * बीआईएस (डाइमिथाइलअमोनियम) टेट्राक्लोरोनिकेलेट (II) ([(CH3)2NH2]2NiCl4) 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 टेट्राक्लोरोनिकेलेट भी थर्मोक्रोमिक हैं।
 * बीआईएस (डायथाइलैमोनियम) टेट्राक्लोरोक्युप्रेट (II)([(CH3CH2)2NH2]2CuCl4) 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 परिवर्तन के कारण।
 * अवरक्त ट्रांसमिशन को अवरुद्ध करने और खिड़कियों के माध्यम से आंतरिक गर्मी के हानि को कम करने के लिए वैनेडियम डाइऑक्साइड को स्पेक्ट्रल-चयनात्मक विंडो कोटिंग के रूप में उपयोग करने के लिए जांच की गई है। यह पदार्थ कम तापमान पर अर्धचालक की तरह व्यवहार करती है अधिक संचरण की अनुमति देती है और उच्च तापमान पर एक चालक की तरह अधिक परावर्तकता प्रदान करती है। पारदर्शी अर्धचालक और परावर्तक प्रवाहकीय चरण के बीच चरण परिवर्तन 68 डिग्री सेल्सियस पर होता है; पदार्थ को 1.9% टंगस्टन से मिलाने से संक्रमण तापमान 29 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है।

अन्य थर्मोक्रोमिक ठोस अर्धचालक पदार्थ में सम्मिलित हैं कुछ खनिज थर्मोक्रोमिक भी होते हैं; उदाहरण के लिए, कुछ क्रोमियम युक्त पायरोप्स सामान्यतः लाल-बैंगनी रंग के होते हैं लगभग 80 °C तक गर्म करने पर हरे हो जाते हैं।
 * CdxZn1−xSySe1−y (x = 0.5–1, y = 0.5–1),
 * ZnxCdyHg1−x−yOaSbSecTe1−a−b−c (x = 0–0.5, y = 0.5–1, a = 0–0.5, b = 0.5–1, c = 0–0.5),
 * HgxCdyZn1−x−ySbSe1−b (x = 0–1, y = 0–1, b = 0.5–1)
 * HgxCdyZn1−x−ySbSe1−b (x = 0–1, y = 0–1, b = 0.5–1)
 * HgxCdyZn1−x−ySbSe1−b (x = 0–1, y = 0–1, b = 0.5–1)

अपरिवर्तनीय अकार्बनिक थर्मोक्रोम्स
कुछ पदार्थ अपरिवर्तनीय रूप से रंग परिवर्तित होती हैं। इनका उपयोग उदाहरण के लिए किया जा सकता है। पदार्थ का लेजर अंकन है ।
 * कॉपर (I) आयोडाइड एक ठोस पेल टैन पदार्थ है जो 60–62 डिग्री सेल्सियस पर नारंगी रंग में परिवर्तित हो जाती है।
 * अमोनियम मेटावनाडेट एक सफेद पदार्थ 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।