बुनियादी प्रकाश सामग्री का अवलोकन
आधुनिक प्रकाश व्यवस्था का विकास, बुनियादी प्रकाश सामग्रियों के विकास और नवाचार से अभिन्न रूप से जुड़ा हुआ है। प्रारंभिक पारंपरिक सामग्रियों से लेकर आज व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली नई सामग्रियों तक, प्रकाश सामग्रियों के वैज्ञानिक अनुप्रयोग ने ल्यूमिनेयरों के प्रदर्शन और जीवनकाल में उल्लेखनीय सुधार किया है। ये सामग्रियाँ विभिन्न तापमानों और परिचालन स्थितियों में उत्कृष्ट गुण प्रदर्शित करती हैं, जो प्रकाश प्रौद्योगिकी में प्रगति के लिए एक महत्वपूर्ण प्रेरक शक्ति के रूप में कार्य करती हैं।
▣ सामग्री वर्गीकरण
▣ भराव और सीलिंग सामग्री
पारंपरिक निम्न-तापमान क्षेत्रों (<140°C) में, इंडिगो रेजिन, नियोप्रीन रबर, EPDM फोम रबर और इंजेक्शन-मोल्डेड पॉलीयूरेथेन फोम जैसी पारंपरिक सामग्रियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, उच्च-तापमान क्षेत्रों (>200°C) के लिए, एक्सट्रूडेड, मोल्डेड या कटे हुए सिलिकॉन रेजिन की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, इंजेक्शन-मोल्डेड अभिक्रिया विधियाँ नवीनतम नवाचार बन गई हैं, जो निर्बाध, उच्च-गुणवत्ता वाली सील प्रदान करती हैं। विभिन्न तापमान क्षेत्रों में यांत्रिक कनेक्शन और सील प्रदान करने के लिए पारंपरिक और नए फिलर्स का उपयोग किया जाता है।
लैंप के जीवनकाल के दौरान, लैंप कैप पुट्टी को विभिन्न तापीय प्रसार गुणांकों और विभिन्न लैंप सामग्रियों के बीच एक विश्वसनीय यांत्रिक संबंध प्रदान करने की आवश्यकता होती है। धातु के लैंप कैप को काँच के बल्ब से जोड़ने के लिए प्रयुक्त सामग्री आमतौर पर लगभग 90% मार्बल पाउडर फिलर और फेनोलिक, प्राकृतिक और सिलिकॉन रेजिन का मिश्रण होती है। सिरेमिक लैंप कैप को फ्यूज्ड सिलिका लैंप बॉडी से जोड़ने के लिए, एक उच्च-गलनांक वाले सोल्डर पेस्ट की आवश्यकता होती है, जिसका मुख्य घटक सिलिका और सोडियम सिलिकेट जैसे अकार्बनिक बाइंडरों का मिश्रण होता है।
▣ गैसें: लैंप में प्रयुक्त होने वाली प्राथमिक गैसें, जो वायु के घटक के रूप में होती हैं, आमतौर पर आंशिक आसवन द्वारा प्राप्त की जाती हैं। इन गैसों का उपयोग न केवल विभिन्न भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए, बल्कि प्रकाश उत्पन्न करने के लिए भी किया जाता है। लैंप के संचालन के दौरान, उच्च तापमान वाला वातावरण कई लैंप सामग्रियों की रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा देता है, जिससे लैंप की संरचनात्मक सामग्रियों को गंभीर क्षति हो सकती है। इससे बचने के लिए, ऑक्सीकरण और संक्षारण को नियंत्रित करके लैंप संरचना की सुरक्षा की जानी चाहिए। लैंप के अंदर कार्य वातावरण बनाए रखने के लिए निष्क्रिय या गैर-प्रतिक्रियाशील गैसों का उपयोग करना एक सामान्य तरीका है।
वाष्पीकरण और स्पटरिंग जैसी भौतिक प्रक्रियाएँ फिलामेंट और इलेक्ट्रोड जैसे महत्वपूर्ण घटकों का जीवनकाल कम कर देती हैं। हालाँकि, जब लैंप को अक्रिय गैस से भरा जाता है और गैस का घनत्व पर्याप्त रूप से उच्च होता है, तो इन प्रक्रियाओं की हानिकारकता काफी कम हो जाती है। हालाँकि कुछ तापदीप्त लैंपों में उच्च-घनत्व वाले क्रिप्टन का उपयोग ऊष्मा चालन को कम करने और टंगस्टन फिलामेंट के वाष्पीकरण को कम करने के लिए किया जा सकता है, जिससे लैंप का जीवनकाल बढ़ जाता है, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में आमतौर पर आर्गन का उपयोग भराव गैस के रूप में किया जाता है।
नाइट्रोजन अणुओं में लैंप के भीतर विभिन्न विभवों वाले घटकों के बीच विनाशकारी आर्क्स के निर्माण को रोकने की क्षमता होती है; इसलिए, लैंप के लिए पूरक गैस आमतौर पर नाइट्रोजन या नाइट्रोजन और अक्रिय गैसों आर्गन और क्रिप्टन के मिश्रण से बनी होती है। गैस डिस्चार्ज लैंप में, आर्गन, नियॉन और ज़ेनॉन जैसी मोनोमॉलिक्युलर गैसों का उपयोग डिस्चार्ज आरंभीकरण के लिए सहायक गैसों के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, मेटल हैलाइड गैसें भी गैस डिस्चार्ज प्रकाश स्रोतों में एक विशिष्ट भूमिका निभाती हैं।
लैंप के अत्यधिक उच्च परिचालन तापमान के कारण, लैंप के कुछ महत्वपूर्ण घटक ऑक्सीजन, कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोकार्बन और जल वाष्प सहित ऑक्सीकरणकारी और कार्बन-मिश्रित गैसों की अल्प मात्रा के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। अधिकांश लैंपों में, इन हानिकारक अशुद्धियों की मात्रा को आमतौर पर सख्ती से नियंत्रित किया जाता है, और कुल भराव गैस के केवल कुछ भाग प्रति मिलियन की अनुमति दी जाती है।
▣ गेट्टर सामग्री
बल्ब के संचालन के दौरान, फिलामेंट और इलेक्ट्रोड जैसे घटक अत्यधिक उच्च तापमान तक पहुँच जाते हैं। ये घटक आसपास की गैसों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं और अवशिष्ट ऑक्सीजन, जलवाष्प, हाइड्रोजन और हाइड्रोकार्बन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे बल्ब का प्रदर्शन प्रभावित होता है। इसलिए, इन अवशिष्ट गैसों को हटाने या कम करने के उपाय किए जाने चाहिए। गेटर सामग्री, धात्विक या अधात्विक सामग्रियों का उपयोग करके बल्ब से अवशिष्ट गैसों को हटाती है, जिससे बल्ब का प्रदर्शन बना रहता है।
गेटर एक ऐसा पदार्थ है जिसे विशेष रूप से बल्ब के आवरण या ट्यूब को सील करने के बाद उसमें से अशुद्धियाँ निकालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। गेटर पदार्थों को सामान्यतः दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: वाष्पीकरण गेटर पदार्थ और आयतन-आधारित गेटर पदार्थ। वाष्पीकरण गेटर पदार्थों का उपयोग निर्वात उपकरणों को सील करने के बाद किया जाता है। ये पदार्थ किसी सक्रिय धातु को तेज़ी से गर्म करके या तुरंत वाष्पीकृत करके काम करते हैं, जो गैस को हटाने के लिए चयनित घटकों पर एक पतली परत या परत के रूप में दिखाई देता है। दूसरी ओर, आयतन-आधारित गेटर पदार्थों को अक्सर धातु के तारों, संरचनात्मक घटकों, या अर्ध-ढीले जमाव के रूप में बल्ब के अंदर रखा जाता है। ये तापमान बढ़ने पर गैसों को अवशोषित करते हैं और बल्ब के पूरे जीवनकाल तक प्रभावी रहते हैं।
आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली उत्प्रेरक धातुओं में बेरियम, टैंटलम, टाइटेनियम, नियोबियम, ज़िरकोनियम और उनके मिश्रधातु शामिल हैं। इसके अलावा, फॉस्फोरस, एक अधात्विक गैस-उन्मूलन कारक, बल्ब के अंदर मौजूद अक्रिय गैस से ऑक्सीजन और जलवाष्प की सूक्ष्म मात्रा को प्रभावी ढंग से हटाता है, और इसलिए इसका लंबे समय से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है।
▣ ग्लास और क्वार्ट्ज ग्लास
व्यावसायिक रूप से उत्पादित काँच को तीन मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: सोडियम-कैल्शियम सिलिकेट, लेड-अल्कली सिलिकेट और बोरोसिलिकेट। सोडियम-कैल्शियम सिलिकेट काँच का उपयोग प्रकाश उद्योग में सबसे अधिक किया जाता है। काँच के प्रकार का चुनाव तापमान की आवश्यकताओं, वायुरोधीपन और विद्युत प्रदर्शन पर निर्भर करता है।
लेड-अल्कली सिलिकेट ग्लास का उपयोग मुख्यतः साधारण प्रकाश बल्बों और फ्लोरोसेंट ट्यूबों के आंतरिक घटकों के निर्माण में किया जाता है। पारंपरिक स्पॉटलाइट और उच्च-शक्ति डिस्चार्ज लैंप, जिनका संचालन तापमान अधिक होता है, के लिए बोरोसिलिकेट ग्लास की आवश्यकता होती है। क्वार्ट्ज ग्लास में उच्च पारदर्शिता, उत्कृष्ट तापीय आघात प्रतिरोध होता है, और यह 900 डिग्री सेल्सियस तक के संचालन तापमान वाले उच्च तापमान वाले वातावरण का सामना कर सकता है।
लैंप के लिए काँच की सामग्री चुनते समय वायुरोधीपन एक महत्वपूर्ण संकेतक है। बल्ब की वायुरोधीपन और दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए काँच में धातुओं के साथ तनाव-मुक्त सीलिंग का गुण होना चाहिए। इसके अलावा, विद्युत प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए काँच की प्रतिरोधकता, परावैद्युत स्थिरांक और परावैद्युत हानि संतोषजनक मानकों को पूरा करना चाहिए।
▣ सिरेमिक सामग्री
उच्च तापमान और उच्च दाब वाले वातावरण में, सिलिका युक्त काँच क्षार धातु के वाष्पों से आसानी से संक्षारित हो जाता है, इसलिए ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो रासायनिक संक्षारण को झेल सके। सिरेमिक का उपयोग उच्च तापमान और संक्षारण प्रतिरोध के लिए किया जाता है, क्योंकि इनमें उच्च यांत्रिक शक्ति और तापीय स्थिरता होती है।
पॉलीक्रिस्टलाइन अर्ध-पारदर्शी एल्युमिना (पीसीए) ट्यूब उच्च-दाब सोडियम लैंप (एचपीएस) के निर्माण में एक प्रमुख घटक हैं। केवल 1 मिमी की दीवार मोटाई के बावजूद, ये 90% से अधिक का कुल दृश्य प्रकाश संप्रेषण प्राप्त करते हैं। साधारण सिरेमिक, अपनी अच्छी यांत्रिक शक्ति, तापीय आघात प्रतिरोध और प्रचालन तापमान सीमा पर उत्कृष्ट विद्युत रोधन के कारण, अक्सर लैंप होल्डर और लैंप बेस बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
▣ प्रकाश नियंत्रण के लिए सामग्री
परावर्तक प्रकाश नियंत्रण में प्रमुख घटक हैं और इन्हें दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: नियमित परावर्तन और परावर्तक परावर्तन। विसरित परावर्तन भी एक महत्वपूर्ण परावर्तन विधि है। प्रकाश नियंत्रण सामग्री का चयन करते समय, हमें सामग्री के प्रकाशीय गुणों, शक्ति, कठोरता, ऊष्मा प्रतिरोध और पराबैंगनी विकिरण प्रतिरोध सहित विभिन्न कारकों पर व्यापक रूप से विचार करना चाहिए।
इन्फ्रारेड परावर्तक फ़िल्में एक प्रमुख प्रकाश नियंत्रण सामग्री हैं जो इन्फ्रारेड ऊर्जा को वापस फिलामेंट में परावर्तित करके तापदीप्त लैंपों की दक्षता में उल्लेखनीय सुधार करती हैं। बहुपरत ऑक्साइड ओवरले तकनीक का उपयोग इन्फ्रारेड परावर्तक फिल्मों के निर्माण में भी व्यापक रूप से किया जाता है, जिसे रासायनिक वाष्प निक्षेपण के माध्यम से हैलोजन फिलामेंट लैंप आवरणों की सतह पर लगाया जाता है। साथ ही, बहुपरत व्यतिकरण फ़िल्टर फ़िल्म तकनीक का उपयोग प्रकाश के रंग को बदलने के लिए भी किया जाता है। परावर्तक सामग्रियों का चयन प्रकाशिक, यांत्रिक और तापीय गुणों को संतुलित करके लैंप की दक्षता बढ़ाता है।