ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड

ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड, कभी-कभी जिरकोनिया (जिरकोन के साथ भ्रमित नहीं होना) के रूप में जाना जाता है, ज़िरकोनियम एक सफेद क्रिस्टलीय ऑक्साइड होता है। मोनोक्लिनिक क्रिस्टल संरचना के साथ इसका सबसे स्वाभाविक रूप खनिज बैडडेलीट है। डोपेंट स्थिर क्यूबिक संरचित ज़िरकोनिया एक रत्न और हीरे के सिमुलेंट के रूप में उपयोग के लिए विभिन्न रंगों में संश्लेषित किया जाता है।

उत्पादन, रासायनिक गुण, घटना
ज़िरकोनिया का उत्पादन ज़िरकोनियम यौगिकों को शांत करने के लिए किया जाता है और इसकी उच्च थर्मोस्टेबिलिटी का शोषण किया जाता है ।

संरचना
इसके तीन चरण होते हैं: 1170 डिग्री सेल्सियस से नीचे मोनोक्लिनिक, 1170 डिग्री सेल्सियस और 2370 डिग्री सेल्सियस के बीच चतुष्कोणीय और 2370 डिग्री सेल्सियस से ऊपर क्यूबिक होता है। प्रवृत्ति उच्च तापमान पर उच्च समरूपता के लिए है, जैसा कि सामान्यतः होता है। कैल्शियम या अट्रियम के ऑक्साइड का छोटा प्रतिशत क्यूबिक चरण में स्थिर होता है। बहुत ही दुर्लभ खनिज टाज़ेरॉन्स(Zr,Ti,Ca)O2) घन क्रिस्टल प्रणाली है। TiO2 के विपरीत, जिसमें सभी चरणों में छह-समन्वित टाइटेनियम होता है और मोनोक्लिनिक ज़िरकोनिया में सात-समन्वित ज़िरकोनियम केंद्र होते हैं। यह अंतर टाइटेनियम परमाणु के सापेक्ष जिरकोनियम परमाणु के बड़े आकार के लिए जिम्मेदार है।

रासायनिक अभिक्रियाएं
ज़िरकोनिया रासायनिक रूप से अप्रतिक्रियाशील होते है। यह धीरे-धीरे केंद्रित हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल और सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा अतिक्रमण किया जाता है। कार्बन के साथ गर्म करने पर यह जिरकोनियम कार्बाइड(ZrC) में परिवर्तित हो जाता है। जब इसे क्लोरीन की उपस्थिति में कार्बन के साथ गर्म किया जाता है, तो यह जिरकोनियम (IV) क्लोराइड में परिवर्तित हो जाता है। यह रूपांतरण जिरकोनियम धातु के शुद्धिकरण का आधार है और क्रोल प्रक्रिया के अनुरूप है।

इंजीनियरिंग गुण
ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड(ZrO2) सबसे अधिक अध्ययनित सिरेमिक सामग्रियों में से एक है।

ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड(ZrO2) कमरे के तापमान पर एक मोनोक्लिनिक क्रिस्टल संरचना को अपनाता है और उच्च तापमान पर टेट्रागोनल और क्यूबिक क्रिस्टल संरचना में संक्रमण करता है। टेट्रागोनल मोनोक्लिनिक से क्यूबिक संरचना के संक्रमण के कारण होने वाले आयतन में परिवर्तन बड़े तनाव को प्रेरित करता है, जिससे यह उच्च तापमान से ठंडा होने पर फट जाता है। जब ज़िरकोनिया को कुछ अन्य आक्साइड के साथ मिश्रित किया जाता है, तो टेट्रागोनल और/या क्यूबिक चरण स्थिर हो जाते हैं। प्रभावी डोपेंट्स में मैग्नीशियमऑक्साइड(MgO), येट्रियम (III) ऑक्साइड(Y2O3, yttria), कैल्शियम ऑक्साइड(CaO), और सेरियम (III) ऑक्साइड(Ce2O3). ज़िरकोनिया अधिकतर अपने चरण 'स्थिर' अवस्था में अधिक उपयोगी होता है। गर्म होने पर, जिरकोनिया विघटनकारी चरण परिवर्तन से गुजरता है। यट्रिया के छोटे प्रतिशत को जोड़कर, ये चरण परिवर्तन समाप्त हो जाते हैं, और परिणामी सामग्री में अच्छे तापीय, यांत्रिक और विद्युत गुण होते हैं। कुछ स्थितियों में चतुष्कोणीय चरण मेटास्टेबल हो सकते है। यदि मेटास्टेबल टेट्रागोनल चरण की पर्याप्त मात्रा उपस्थित है, तो अनुप्रयुक्त तनाव, दरार की नोक पर तनाव एकाग्रता द्वारा बढ़ाया जाता है, जिससे संबंधित वॉल्यूम विस्तार के साथ टेट्रागोनल चरण को मोनोक्लिनिक में परिवर्तित किया जा सकता है। यह चरण परिवर्तन दरार को संपीड़न में डाल सकता है। इसकी वृद्धि को धीमा कर सकता है, और फ्रैक्चर की कठोरता को बढ़ा सकता है। यह तंत्र (ट्रांसफॉरमेशन टफनिंग) के रूप में जाना जाता है और स्थिर जिरकोनिया से बने उत्पादों की विश्वसनीयता और जीवनकाल को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।

ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड(ZrO2) ऊर्जा अंतराल 5–7 eV के विशिष्ट अनुमानों के साथ चरण (क्यूबिक, टेट्रागोनल, मोनोक्लिनिक, या अनाकार) और तैयारी विधियों पर निर्भर है। ज़िरकोनिया की एक विशेष स्थिति टेट्रागोनल पॉलीक्रिस्टलाइन ज़िरकोनिया या टीजेडपी(TZP) है, जो केवल मेटास्टेबल टेट्रागोनल चरण से बना पॉलीक्रिस्टलाइन ज़िरकोनिया का संकेत है।

उपयोग
ज़िरकोनिया का मुख्य उपयोग कठोर सिरेमिक के उत्पादन में होता है, जैसे दंत चिकित्सा में, टाइटेनियम डाइऑक्साइड पिगमेंट के कणों पर एक सुरक्षात्मक कोटिंग के रूप में, आग-निवारण सामग्री के रूप में, अपघर्षक और कांच के तामचीनी में और थर्मल इन्सुलेशन सहित अन्य उपयोगों के साथ है।

स्थिर ज़िरकोनिया का उपयोग ऑक्सीजन सेंसर और ईंधन सेल झिल्ली में किया जाता है क्योंकि इसमें ऑक्सीजन आयन को उच्च तापमान पर क्रिस्टल संरचना के माध्यम से स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की क्षमता होती है। यह उच्च आयनिक चालकता (ठोस अवस्था) (और एक कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता) इसे सबसे उपयोगी इलेक्ट्रोसिरेमिक में से एक बनाती है। जिरकोनियम डाइऑक्साइड(ZrO2) का उपयोग इलेक्ट्रोक्रोमिक उपकरणों में ठोस इलेक्ट्रोलाइट के रूप में भी किया जाता है।

ज़िरकोनिया इलेक्ट्रोसेरामिक लीड जिरकोनेट टाइटेनेट (PZT) का अग्रदूत है, जो एक उच्च-κ डाइइलेक्ट्रिक है, जो असंख्य घटकों में पाया जाता है।

आला उपयोग
क्यूबिक ज़िरकोनिया की बहुत कम तापीय चालकता ने भी उच्च तापमान पर संचालन की अनुमति देने के लिए जेट और डीजल इंजन में थर्मल बाधा कोटिंग या टीबीसी के रूप में इसका उपयोग किया है। ऊष्मप्रवैगिक(थर्मोडायनामिक) रूप से, इंजन का संचालन तापमान जितना अधिक होगा, संभावित दक्षता उतनी ही अधिक होगी। एक अन्य कम तापीय-चालकता का उपयोग क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेस, ईंधन-सेल स्टैक और इन्फ्रारेड हीटिंग सिस्टम के लिए सिरेमिक फाइबर इन्सुलेशन के रूप में होता है।

इस सामग्री का उपयोग दंत चिकित्सा में क्राउन (दंत चिकित्सा) और पुल (दंत चिकित्सा) जैसे दंत पुनर्स्थापनों के निर्माण के लिए सबफ्रेम के निर्माण में भी किया जाता है, जो सौंदर्य संबंधी कारणों से मजबूत अत्यंत टिकाऊ दंत चिकित्सा के लिए पारंपरिक स्फतीय चीनी मिट्टी के बर्तन के साथ लिपटी होती हैं। कृत्रिम अंग पूरी तरह से अखंड ज़िरकोनिया से निर्मित सौंदर्यशास्त्र में सुधार के साथ और येट्रिया (येट्रियम ऑक्साइड) के साथ स्थिर ज़िरकोनिया, जिसे येट्रिया-स्थिर जिरकोनिया के रूप में जाना जाता है और कुछ पूर्ण सिरेमिक क्राउन रेस्टोरेशन में एक मजबूत आधार सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

रूपांतरण-सख्त जिरकोनिया का उपयोग सिरेमिक चाकू बनाने के लिए किया जाता है। कठोरता के कारण सिरेमिक-धार कटलरी स्टील की धार वाले उत्पादों की तुलना में अधिक समय तक तेज रहती है।

तापदीप्ति होने पर इसकी अशुद्धता और शानदार चमक के कारण, इसे गैस का तीव्र प्रकाश के लिए स्टिक्स के एक घटक के रूप में उपयोग किया जाता है ।

ज़िरकोनिया को ईंधन और ऑक्सीडाइज़र दोनों प्रदान करने के लिए मंगल के वातावरण से कार्बन मोनोआक्साइड और ऑक्सीजन को इलेक्ट्रोलीज़ करने का प्रस्ताव दिया गया है जिसका उपयोग मंगल पर सतह परिवहन के लिए रासायनिक ऊर्जा के भंडार के रूप में किया जा सकता है। प्रारंभिक सतह परिवहन उपयोग के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड ऑक्सीजन इंजनों का सुझाव दिया गया है, क्योंकि कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन दोनों सामान्य तौर पर जिरकोनिया इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए मंगल ग्रह के किसी भी जल संसाधन के उपयोग की आवश्यकता के बिना उत्पादित किए जा सकते हैं, जो मीथेन के उत्पादन के लिए आवश्यक होगा।

जिरकोनिया का उपयोग फोटोकैटलिसिस के रूप में किया जा सकता है। इसके उच्च बैंड गैप (~ 5 eV) उच्च ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की पीढ़ी की अनुमति देता है। कुछ अध्ययनों ने अपघटित कार्बनिक यौगिकों और अपशिष्ट जल से Cr(VI) को कम करने में डोप्ड ज़िरकोनिया (दृश्य प्रकाश अवशोषण को बढ़ाने के लिए) की गतिविधि का प्रदर्शन किया

ज़िरकोनिया ट्रांजिस्टर में एक इन्सुलेटर के रूप में संभावित अनुप्रयोगों के साथ संभावित उच्च-κ ढांकता हुआ पदार्थ भी है।

ज़िरकोनिया ऑप्टिकल कोटिंग के निक्षेपण में भी कार्यरत है। यह इस वर्णक्रमीय क्षेत्र में कम अवशोषण के कारण पराबैंगनी निकट-यूवी से मध्य-आईआर तक प्रयोग करने योग्य एक उच्च-सूचकांक सामग्री है। ऐसे अनुप्रयोगों में, यह सामान्यतः भौतिक वाष्प जमाव द्वारा संग्रह किया जाता है।

गहने बनाने में, कुछ घड़ी के स्थितियों को काले जिरकोनियम ऑक्साइड के रूप में विज्ञापित किया जाता है। 2015 में ओमेगा ने सिरेमिक केस, बेज़ेल, पुशर्स और क्लैस्प के साथ "द डार्क साइड ऑफ द मून" नाम की घड़ी जारी की और इसे स्टेनलेस स्टील की तुलना में चार गुना कठिन और रोजमर्रा के उपयोग के समय खरोंच के लिए अधिक प्रतिरोधी के रूप में विज्ञापित किया।

गैस टंग्सटन आर्क वेल्डिंग, टंगस्टन इलेक्ट्रोड में 2% थोरियम के अतिरिक्त 1% ज़िरकोनियम ऑक्साइड (जिरकोनिया) होता है, जिसमें अच्छी आर्क स्टार्टिंग और करंट क्षमता होती है, और ये रेडियोधर्मी नहीं होते हैं।

हीरा अनुकरण
ज़िरकोनिया के क्यूबिक चरण के एकल क्रिस्टल आमतौर पर आभूषणों में हीरे के सिमुलेंट के रूप में उपयोग किए जाते हैं। हीरे की तरह, क्यूबिक ज़िरकोनिया में क्यूबिक क्रिस्टल संरचना और उच्च अपवर्तन सूचकांक होता है। हीरे से एक अच्छी गुणवत्ता वाले क्यूबिक ज़िरकोनिया रत्न को दृष्टिगत रूप से समझना जटिल है, और अधिकांश ज्वैलर्स के पास इसकी कम तापीय चालकता (हीरा एक बहुत अच्छा तापीय चालक है) द्वारा क्यूबिक ज़िरकोनिया की पहचान करने के लिए तापीय चालकता परीक्षक होता है। ज़िरकोनिया की इस अवस्था को आमतौर पर ज्वैलर्स द्वारा क्यूबिक ज़िरकोनिया, सीजेड या ज़िरकॉन कहा जाता है, लेकिन अंतिम नाम रासायनिक रूप से सटीक नहीं है। ज़िरकॉन वास्तव में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले ज़िरकोनियम (IV) सिलिकेट (ZrSiO4)  होता है।

यह भी देखें

 * शमन
 * सिंटरिंग
 * एस-प्रकार का तारा, जिरकोनियम मोनोऑक्साइड की वर्णक्रमीय रेखाएँ उत्सर्जित करता है
 * येट्रिया-स्थिर ज़िरकोनिया

बाहरी कड़ियाँ

 * NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards