বেরিয়াম টাইটানেট (BaTiO₃) পাউডার হল টাইটানেট-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক সিরামিকের প্রাথমিক কাঁচামাল। চমৎকার ডাইইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য সহ একটি সাধারণ ফেরোইলেকট্রিক উপাদান হিসেবে, এটি মাল্টিলেয়ার সিরামিক ক্যাপাসিটর (MLCC), সোনার ডিভাইস, ইনফ্রারেড রেডিয়েশন ডিটেক্টর, গ্রেইন-বাউন্ডারি সিরামিক ক্যাপাসিটর এবং পজিটিভ টেম্পারেচার কোঅফিসিয়েন্ট (PTC) থার্মিস্টরে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা সহ, বেরিয়াম টাইটানেটকে ইলেকট্রনিক সিরামিকের একটি স্তম্ভ উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয়।.
ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ, হালকা নকশা, উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা এবং পাতলা ইলেকট্রনিক উপাদানের দিকে চলমান প্রবণতার সাথে, উচ্চ-বিশুদ্ধতা এবং অতিসূক্ষ্ম বেরিয়াম টাইটানেট পাউডার ক্রমশ জরুরি হয়ে উঠেছে।.
বেরিয়াম টাইটানেটের সংক্ষিপ্ত বিবরণ
বেরিয়াম টাইটানেট হল একটি গলিত যৌগ যার গলনাঙ্ক ১৬১৮ °C। এটি পাঁচটি স্ফটিকের মতো পলিমর্ফ প্রদর্শন করে: ষড়ভুজাকার, ঘনক, চতুর্ভুজাকার, অর্থোরহম্বিক এবং রম্বোহেড্রাল। কক্ষ তাপমাত্রায়, চতুর্ভুজাকার পর্যায় তাপগতিগতভাবে স্থিতিশীল থাকে।.
বেরিয়াম টাইটানেটের ফেরোইলেকট্রিসিটি
যখন BaTiO₃ একটি শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সংস্পর্শে আসে, তখন এর কিউরি তাপমাত্রা প্রায় ১২০ °C এর নিচে স্থায়ী মেরুকরণ ঘটে। পোলারাইজড বেরিয়াম টাইটানেট দুটি মূল বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে: ফেরোইলেকট্রিসিটি এবং পাইজোইলেকট্রিসিটি।.
BaTiO₃ ফেরোইলেকট্রিক স্ফটিকগুলিতে, অসংখ্য ছোট ছোট অঞ্চল বিদ্যমান যেখানে স্বতঃস্ফূর্ত মেরুকরণের দিকগুলি ভিন্ন হয়। প্রতিটি অঞ্চলে একই মেরুকরণের দিক সহ অনেকগুলি ইউনিট কোষ থাকে; এই অঞ্চলগুলিকে ডোমেন বলা হয়। এই ধরণের ডোমেন কাঠামোযুক্ত স্ফটিকগুলিকে ফেরোইলেকট্রিক স্ফটিক বা ফেরোইলেকট্রিক বলা হয়। একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অধীনে, এই ডোমেনগুলির আকার এবং জ্যামিতি সেই অনুযায়ী পরিবর্তিত হয়।.
বেরিয়াম টাইটানেটের কিউরি তাপমাত্রা
BaTiO₃ এর কিউরি তাপমাত্রা (Tc) বলতে টেট্রাগোনাল এবং কিউবিক পর্যায়ের মধ্যে ফেজ ট্রানজিশন তাপমাত্রা বোঝায়, যেখানে ফেরোইলেকট্রিক স্ফটিক তার স্বতঃস্ফূর্ত মেরুকরণ হারায় এবং ডোমেন কাঠামো অদৃশ্য হয়ে যায়। BaTiO₃ এর কিউরি তাপমাত্রা প্রায় 120 °C।.
বেরিয়াম টাইটানেট পাউডারের প্রস্তুতি পদ্ধতি
বেরিয়াম টাইটানেট পাউডারের প্রস্তুতির পদ্ধতিগুলিকে সাধারণত তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়: সলিড-স্টেট পদ্ধতি, হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি এবং সল-জেল পদ্ধতি।.
সলিড-স্টেট পদ্ধতি
কঠিন-অবস্থা পদ্ধতি, যা উচ্চ-তাপমাত্রার কঠিন-পর্যায় সংশ্লেষণ নামেও পরিচিত, বেরিয়াম টাইটানেট পাউডার তৈরির জন্য সবচেয়ে ধ্রুপদী পদ্ধতি। মৌলিক নীতিতে উচ্চ তাপমাত্রায় কঠিন কাঁচামালের মধ্যে বিস্তার-নিয়ন্ত্রিত প্রতিক্রিয়া জড়িত।.
সাধারণত, বেরিয়াম কার্বনেট (BaCO₃) এবং টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO₂) স্টোইচিওমেট্রিক অনুপাত অনুসারে মিশ্রিত করা হয়, তারপরে উচ্চ তাপমাত্রায় (সাধারণত 1100–1300 °C) কয়েক ঘন্টা ধরে মিলিং এবং পেলেটাইজিং বা আলগা ক্যালসিনেশন করা হয় যাতে একটি কঠিন-অবস্থার বিক্রিয়া শুরু হয় এবং BaTiO₃ পাউডার তৈরি হয়। বিক্রিয়াটি নিম্নরূপ:
BaCO₃ + TiO₂ → BaTiO₃ + CO₂↑
এই পদ্ধতিতে সহজ সরঞ্জাম এবং কম খরচ রয়েছে এবং বৃহৎ আকারের শিল্প উৎপাদনের জন্য এটি ব্যাপকভাবে গৃহীত হয়েছে। যাইহোক, ফলস্বরূপ পাউডারগুলিতে সাধারণত তুলনামূলকভাবে বড় কণার আকার (মাইক্রন স্কেল) থাকে এবং জমাটবদ্ধতা এবং অপরিষ্কার দূষণ প্রদর্শন করে।.
· গ্রাইন্ডিং সরঞ্জামের প্রয়োগ
- বল মিল: ব্যাচিং পর্যায়ে কাঁচামাল সমানভাবে মিশ্রিত করতে এবং কমাতে ব্যবহৃত হয় কণা আকার, যার ফলে যোগাযোগের ক্ষেত্র বৃদ্ধি পায়।.
- পুঁতির কল: ক্যালসিনেশনের পর, বেরিয়াম টাইটানেট প্রায়শই শক্ত জমাট তৈরি করে; অনুভূমিক পুঁতির মিলগুলি সাধারণত মাইক্রন বা সাবমাইক্রন পণ্য পেতে নিবিড়ভাবে গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়।.
· সুবিধা এবং অসুবিধা:
কম খরচ এবং উচ্চ উৎপাদনশীলতা, কিন্তু ক্ষয়-প্ররোচিত অমেধ্য প্রবর্তনের প্রবণতা এবং তুলনামূলকভাবে মোটা পাউডার তৈরির প্রবণতা।.
হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি
হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি হল একটি তরল-পর্যায় সংশ্লেষণ কৌশল যা উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপের অধীনে জলীয় দ্রবণে পরিচালিত হয় এবং এটি ন্যানোস্কেল বেরিয়াম টাইটানেট পাউডার তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।.
এই প্রক্রিয়ায়, বেরিয়াম লবণ (যেমন বেরিয়াম হাইড্রোক্সাইড) এবং টাইটানিয়াম লবণ (যেমন টাইটানিয়াম ক্লোরাইড) পানিতে দ্রবীভূত করা হয়, খনিজ পদার্থ (যেমন, NaOH) যোগ করা হয়। এরপর মিশ্রণটি একটি হাইড্রোথার্মাল অটোক্লেভে 150-250 °C তাপমাত্রায় উচ্চ চাপে কয়েক ঘন্টা ধরে বিক্রিয়া করা হয়, যার ফলে সরাসরি ভালভাবে স্ফটিকযুক্ত BaTiO₃ পাউডার তৈরি হয়।.
এই পদ্ধতিতে উচ্চ-তাপমাত্রার ক্যালসিনেশনের প্রয়োজন হয় না এবং উচ্চ স্ফটিকতা এবং ফেজ বিশুদ্ধতা (টেট্রাগোনাল বা ঘনক) সহ কণার আকার (সাধারণত 50-200 nm) সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়। এটি পরিবেশগতভাবেও বন্ধুত্বপূর্ণ। তবে, এর জন্য অত্যাধুনিক সরঞ্জাম এবং প্রতিক্রিয়া অবস্থার কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।.
· গ্রাইন্ডিং সরঞ্জামের প্রয়োগ
- পূর্বসূরী বিচ্ছুরণ: অটোক্লেভ ট্রিটমেন্টের আগে, সমজাতীয় স্লারি বিচ্ছুরণ নিশ্চিত করার জন্য প্রায়শই ভাইব্রেশন মিল বা বল মিল ব্যবহার করা হয়।.
- চিকিৎসা-পরবর্তী ডিএগ্লোমারেশন: যদিও হাইড্রোথার্মালি সংশ্লেষিত ন্যানোপাউডারগুলির স্ফটিকতা উচ্চ, শুকানোর সময় নরম জমাট বাঁধতে পারে।. জেট মিল এই পর্যায়ে সাধারণত ব্যবহৃত হয়। গ্রাইন্ডিং মিডিয়া ছাড়াই কণা-কণা সংঘর্ষের মাধ্যমে, জেট মিলিং ধাতব দূষণ এড়াতে এবং ন্যানোস্কেল বৈশিষ্ট্য সংরক্ষণ করে কার্যকরভাবে সমষ্টিগত পদার্থ ভেঙে দেয়।.
· সুবিধা এবং অসুবিধা:
অত্যন্ত উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং ন্যানোস্কেল কণার আকার, এটিকে উচ্চমানের MLCC উৎপাদনের জন্য পছন্দের পদ্ধতিতে পরিণত করে।.
সল-জেল পদ্ধতি
সল-জেল পদ্ধতি হল এক ধরণের তরল-পর্যায় সংশ্লেষণ যা আণবিক-স্তরের নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে পাউডার প্রস্তুতি সক্ষম করে। টাইটানিয়াম অ্যালকক্সাইড (যেমন টেট্রাবিউটাইল টাইটানেট) এবং বেরিয়াম লবণ (যেমন বেরিয়াম অ্যাসিটেট) পূর্বসূরী হিসাবে ব্যবহৃত হয়। জৈব দ্রাবকে হাইড্রোলাইসিসের মাধ্যমে, একটি সল তৈরি হয়, যা পরে বাষ্পীভবন বা উত্তাপের মাধ্যমে জেলে রূপান্তরিত হয়। শুকানোর পরে এবং নিম্ন-তাপমাত্রার ক্যালসিনেশন (600-900 °C), BaTiO₃ পাউডার পাওয়া যায়।.
এই পদ্ধতিতে ন্যানোস্কেল কণার আকার, উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং চমৎকার গঠনগত অভিন্নতা সহ পাউডার তৈরি করা হয়, যা এটিকে উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ইলেকট্রনিক সিরামিকের জন্য উপযুক্ত করে তোলে। তবে, কাঁচামালগুলি ব্যয়বহুল, এবং অসম বৃষ্টিপাত এড়াতে pH এবং তাপমাত্রার কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।.
· গ্রাইন্ডিং সরঞ্জামের প্রয়োগ
- গ্রহ বল মিল: সল-জেল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রাপ্ত শুকনো জেল অত্যন্ত ভঙ্গুর। একটি প্ল্যানেটারি বল মিলের সাহায্যে স্বল্প-মেয়াদী শুষ্ক বা ভেজা মিলিং প্রায়শই অভিন্ন ন্যানোপাউডার পেতে ব্যবহৃত হয়।.
· সুবিধা এবং অসুবিধা:
এই পদ্ধতিটি সর্বোত্তম গঠনগত অভিন্নতা প্রদান করে, তবে উচ্চ কাঁচামালের খরচ, দ্রাবক বিষাক্ততা, তাপ চিকিত্সার সময় দ্রুত জমাটবদ্ধতা এবং কঠোর প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তার কারণে, এটি শিল্পায়ন করা কঠিন এবং বর্তমানে এটি মূলত পরীক্ষাগার গবেষণা এবং বিশেষায়িত পাতলা-ফিল্ম প্রয়োগের মধ্যে সীমাবদ্ধ।.
উপসংহার
বেরিয়াম টাইটানেট পাউডারের তিনটি প্রধান প্রস্তুতি পদ্ধতি—সলিড-স্টেট, সল-জেল এবং হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি—প্রতিটিরই স্বতন্ত্র সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা রয়েছে। সলিড-স্টেট পদ্ধতিটি বৃহৎ আকারের উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত কিন্তু তুলনামূলকভাবে মোটা পাউডার তৈরি করে। বিপরীতে, সল-জেল এবং হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতিগুলি ন্যানোস্কেল পাউডার তৈরি করতে পারে এবং উচ্চমানের ইলেকট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও উপযুক্ত।.
এই সমস্ত পদ্ধতিতে গ্রাইন্ডিং সরঞ্জাম একটি অপরিহার্য ভূমিকা পালন করে: কঠিন-অবস্থা সংশ্লেষণে কাঁচামাল মিশ্রণ এবং কণা পরিশোধনের জন্য এটি অপরিহার্য, এবং এটি তরল-পর্যায় প্রক্রিয়াগুলিতে চিকিত্সা-পরবর্তী বিচ্ছুরণকে সমর্থন করে। গ্রাইন্ডিং পরামিতিগুলি অপ্টিমাইজ করে - যেমন গ্রাইন্ডিং মিডিয়া উপকরণ, ঘূর্ণন গতি এবং মিলিং সময় - বেরিয়াম টাইটানেট পাউডারের গুণমান এবং কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করা যেতে পারে।.
ভবিষ্যতের দিকে তাকালে, মিলিং এবং ডিসপারশন প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে, বিশেষ করে ন্যানোস্কেল গ্রাইন্ডিং সরঞ্জামের প্রবর্তনের সাথে সাথে, বেরিয়াম টাইটানেট পাউডার তৈরি আরও দক্ষ হয়ে উঠবে, যা ইলেকট্রনিক উপকরণ শিল্পে উদ্ভাবনকে আরও এগিয়ে নিয়ে যাবে।.
"পড়ার জন্য ধন্যবাদ। আশা করি আমার লেখাটি আপনার কাজে লাগবে। অনুগ্রহ করে নিচে একটি মন্তব্য করুন। আরও যেকোনো প্রশ্নের জন্য আপনি Zelda অনলাইন গ্রাহক প্রতিনিধির সাথেও যোগাযোগ করতে পারেন।"
— পোস্ট করেছেন এমিলি চেন