उच्च शुद्धता वाले एल्युमिना का सबसे बड़ा खरीदार: आप नीलम के बारे में कितना जानते हैं?

नीलम क्रिस्टल उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना पाउडर से उगाए जाते हैं जिनकी शुद्धता 99.995% से ज़्यादा होती है, जिससे ये उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना की सबसे बड़ी मांग बन जाते हैं। ये उच्च शक्ति, उच्च कठोरता और स्थिर रासायनिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं, जिससे ये उच्च तापमान, संक्षारण और प्रभाव जैसे कठोर वातावरण में भी काम कर सकते हैं। इनका व्यापक रूप से राष्ट्रीय रक्षा, नागरिक प्रौद्योगिकी, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना पाउडर से लेकर नीलम क्रिस्टल तक

1नीलम के प्रमुख अनुप्रयोग 

रक्षा क्षेत्र में, नीलम क्रिस्टल मुख्य रूप से मिसाइल इन्फ्रारेड विंडो के लिए उपयोग किए जाते हैं। आधुनिक युद्ध में मिसाइलों में उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है, और इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए इन्फ्रारेड ऑप्टिकल विंडो एक महत्वपूर्ण घटक है। यह देखते हुए कि मिसाइलें उच्च गति की उड़ान के दौरान तीव्र वायुगतिकीय ताप और आघात के साथ-साथ कठोर युद्ध वातावरण का भी सामना करती हैं, रेडोम में उच्च शक्ति, आघात प्रतिरोध और रेत, वर्षा और अन्य कठोर मौसम स्थितियों से होने वाले क्षरण को झेलने की क्षमता होनी चाहिए। नीलम क्रिस्टल, अपने उत्कृष्ट प्रकाश संचरण, उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और स्थिर रासायनिक विशेषताओं के कारण, मिसाइल इन्फ्रारेड विंडो के लिए एक आदर्श सामग्री बन गए हैं।

एलईडी सबस्ट्रेट्स नीलम के सबसे बड़े अनुप्रयोग का प्रतिनिधित्व करते हैं। फ्लोरोसेंट और ऊर्जा-बचत लैंप के बाद एलईडी प्रकाश व्यवस्था को तीसरी क्रांति माना जाता है। एलईडी का सिद्धांत विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित करना है। जब धारा किसी अर्धचालक से होकर गुजरती है, तो छिद्र और इलेक्ट्रॉन मिलकर अतिरिक्त ऊर्जा को प्रकाश के रूप में मुक्त करते हैं, जिससे अंततः प्रकाश उत्पन्न होता है। एलईडी चिप तकनीक एपिटैक्सियल वेफर्स पर आधारित है, जहाँ गैसीय पदार्थों को एक सबस्ट्रेट पर परत दर परत जमा किया जाता है। मुख्य सबस्ट्रेट सामग्रियों में सिलिकॉन सबस्ट्रेट, सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट और नीलम सबस्ट्रेट शामिल हैं। इनमें से, नीलम सबस्ट्रेट अन्य दो की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं, जिनमें उपकरण स्थिरता, परिपक्व तैयारी तकनीक, दृश्य प्रकाश का अवशोषण न होना, अच्छा प्रकाश संचरण और उचित लागत शामिल हैं। आँकड़े बताते हैं कि 80% वैश्विक एलईडी कंपनियाँ अपने सबस्ट्रेट सामग्री के रूप में नीलम का उपयोग करती हैं।

उपर्युक्त अनुप्रयोगों के अलावा, नीलम क्रिस्टल का उपयोग मोबाइल फोन स्क्रीन, चिकित्सा उपकरणों, आभूषण सजावट, और लेंस और प्रिज्म जैसे विभिन्न वैज्ञानिक पहचान उपकरणों के लिए खिड़की सामग्री के रूप में भी किया जाता है।

2. बाजार का आकार और संभावनाएँ

नीतिगत समर्थन और एलईडी चिप्स के बढ़ते अनुप्रयोग परिदृश्यों के चलते, नीलम सबस्ट्रेट्स की माँग और उनके बाज़ार आकार में दोहरे अंकों की वृद्धि होने की उम्मीद है। 2025 तक, नीलम सबस्ट्रेट्स की शिपमेंट मात्रा 103 मिलियन पीस (4-इंच सबस्ट्रेट्स में परिवर्तित) तक पहुँचने का अनुमान है, जो 2021 की तुलना में 63% की वृद्धि दर्शाता है, और 2021 से 2025 तक 13% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (CAGR) के साथ है। नीलम सबस्ट्रेट्स का बाज़ार आकार 2025 तक ¥8 बिलियन तक पहुँचने की उम्मीद है, जो 2021 की तुलना में 108% की वृद्धि दर्शाता है, और 2021 से 2025 तक 20% की CAGR के साथ है। सबस्ट्रेट्स के "अग्रदूत" के रूप में, नीलम क्रिस्टल का बाज़ार आकार और विकास प्रवृत्ति स्पष्ट है।

3. नीलम क्रिस्टल की तैयारी

1891 में, जब फ्रांसीसी रसायनज्ञ वर्न्यूइल ए. ने पहली बार कृत्रिम रत्न क्रिस्टल बनाने के लिए ज्वाला संलयन विधि का आविष्कार किया था, तब से कृत्रिम नीलम क्रिस्टल वृद्धि का अध्ययन एक शताब्दी से भी अधिक समय से चल रहा है। इस अवधि के दौरान, विज्ञान और प्रौद्योगिकी में हुई प्रगति ने उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता, बेहतर उपयोग दर और कम उत्पादन लागत की औद्योगिक माँगों को पूरा करने के लिए नीलम वृद्धि तकनीकों पर व्यापक शोध को प्रेरित किया है। नीलम क्रिस्टल उगाने के लिए कई नई विधियाँ और प्रौद्योगिकियाँ सामने आई हैं, जैसे कि ज़ोक्रल्स्की विधि, काइरोपोलोस विधि, एज-डिफ़ाइंड फ़िल्म-फ़ेड ग्रोथ (EFG) विधि, और हीट एक्सचेंज विधि (HEM)।

3.1 नीलम क्रिस्टल उगाने के लिए ज़ोक्राल्स्की विधि
ज़ोक्रल्स्की विधि, जिसकी शुरुआत 1918 में ज़ोक्रल्स्की जे. ने की थी, को ज़ोक्रल्स्की तकनीक (संक्षिप्त रूप में Cz विधि) के नाम से भी जाना जाता है। 1964 में, पोलाडिनो एई और रोटर बीडी ने नीलम क्रिस्टल विकसित करने के लिए पहली बार इस विधि का प्रयोग किया। आज तक, इसने बड़ी संख्या में उच्च-गुणवत्ता वाले नीलम क्रिस्टल का उत्पादन किया है। इस सिद्धांत में कच्चे माल को पिघलाकर एक प्रगलन बनाना, फिर एक एकल क्रिस्टल बीज को प्रगलन सतह में डुबाना शामिल है। ठोस-द्रव अंतरापृष्ठ पर तापमान के अंतर के कारण, अतिशीतलन होता है, जिससे प्रगलन बीज की सतह पर जम जाता है और बीज के समान क्रिस्टल संरचना वाला एक एकल क्रिस्टल विकसित होने लगता है। बीज को एक निश्चित गति से घुमाते हुए धीरे-धीरे ऊपर की ओर खींचा जाता है। जैसे-जैसे बीज खींचा जाता है, प्रगलन धीरे-धीरे अंतरापृष्ठ पर जमता जाता है और एक एकल क्रिस्टल बनता है। यह विधि, जिसमें प्रगलन से एक क्रिस्टल को बाहर निकालना शामिल है, उच्च-गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल तैयार करने की सामान्य तकनीकों में से एक है।

ज़ोक्रल्स्की विधि के लाभों में शामिल हैं: (1) तेज़ वृद्धि दर, जिससे कम समय में उच्च-गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल का उत्पादन संभव होता है; (2) क्रिस्टल क्रूसिबल की दीवार के संपर्क में आए बिना पिघली हुई सतह पर बढ़ते हैं, जिससे आंतरिक तनाव प्रभावी रूप से कम होता है और क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार होता है। हालाँकि, इस विधि का एक बड़ा नुकसान बड़े व्यास वाले क्रिस्टल उगाने में कठिनाई है, जिससे यह बड़े आकार के क्रिस्टल बनाने के लिए कम उपयुक्त है।

3.2 नीलम क्रिस्टल उगाने के लिए काइरोपोलोस विधि

1926 में काइरोपोलोस द्वारा आविष्कृत काइरोपोलोस विधि (जिसे संक्षिप्त रूप में केवाई विधि कहा जाता है), ज़ोक्रल्स्की विधि से समानताएँ रखती है। इसमें एक बीज क्रिस्टल को पिघली हुई सतह में डुबोया जाता है और धीरे-धीरे ऊपर की ओर खींचकर एक गर्दन बनाई जाती है। पिघली हुई सतह-बीज के बीच के अंतरापृष्ठ पर जमने की दर स्थिर हो जाने पर, बीज को खींचा या घुमाया नहीं जाता। इसके बजाय, शीतलन दर को नियंत्रित किया जाता है ताकि एकल क्रिस्टल ऊपर से नीचे की ओर धीरे-धीरे जम सके और अंततः एक एकल क्रिस्टल बन सके।

काइरोपोलोस प्रक्रिया उच्च गुणवत्ता, कम दोष घनत्व, बड़े और अनुकूल लागत-प्रभावशीलता वाले क्रिस्टल का उत्पादन करती है।

3.3 नीलम क्रिस्टल उगाने के लिए एज-डिफ़ाइंड फ़िल्म-फ़ेड ग्रोथ (EFG) विधि
ईएफजी विधि एक आकारित क्रिस्टल विकास तकनीक है। इसके सिद्धांत में एक उच्च-गलनांक वाले पिघले हुए पदार्थ को एक साँचे में डालना शामिल है। पिघले हुए पदार्थ को केशिका क्रिया द्वारा साँचे के शीर्ष पर खींचा जाता है, जहाँ यह बीज क्रिस्टल के संपर्क में आता है। जैसे ही बीज को खींचा जाता है और पिघले हुए पदार्थ का ठोसीकरण होता है, एक एकल क्रिस्टल बनता है। साँचे के किनारे का आकार और आकृति क्रिस्टल के आयामों को सीमित करती है। परिणामस्वरूप, इस विधि की कुछ सीमाएँ हैं और यह मुख्य रूप से ट्यूब और यू-आकार के प्रोफाइल जैसे आकारित नीलम क्रिस्टल के लिए उपयुक्त है।

3.4 नीलम क्रिस्टल उगाने के लिए ऊष्मा विनिमय विधि (HEM)
बड़े आकार के नीलम क्रिस्टल तैयार करने के लिए ऊष्मा विनिमय विधि का आविष्कार फ्रेड श्मिड और डेनिस ने 1967 में किया था। HEM प्रणाली में उत्कृष्ट तापीय रोधन, पिघले हुए पदार्थ और क्रिस्टल में तापमान प्रवणता का स्वतंत्र नियंत्रण और अच्छी नियंत्रणीयता होती है। यह अपेक्षाकृत आसानी से कम विस्थापन और बड़े नीलम क्रिस्टल का उत्पादन करती है।

एचईएम विधि के लाभों में वृद्धि के दौरान क्रूसिबल, क्रिस्टल और हीटर में गति का अभाव शामिल है, जिससे काइरोपोलोस और ज़ोक्रल्स्की विधियों जैसी खींचने वाली क्रियाएँ समाप्त हो जाती हैं। इससे मानवीय हस्तक्षेप कम होता है और यांत्रिक गति से होने वाले क्रिस्टल दोषों से बचाव होता है। इसके अतिरिक्त, तापीय तनाव और उसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल में दरार और अव्यवस्था के दोषों को कम करने के लिए शीतलन दर को नियंत्रित किया जा सकता है। यह विधि बड़े आकार के क्रिस्टलों की वृद्धि को संभव बनाती है, इसे संचालित करना अपेक्षाकृत आसान है, और इसके विकास की संभावनाएँ आशाजनक हैं।

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