संदीप्तिशील पदार्थ तथा संबंधित उपकरण

सी एस आई आर - एन पी एल का संदीप्तिशील पदार्थ समूह लंबे समय से आकर्बनिक फाॅस्फर पदार्थों पर आधारभूत तथा प्रायोगिक अनुसंधान में सक्रिय रूप से कार्य कर रहा है । इसमें नवीन पीढ़ी की लाइटिंग, डिस्प्ले, बायो-मेडिकल तथा सौर सेल अनुप्रयोगों में अनुप्रयोग हेतु विभिन्न संश्लेषण मार्गों से औद्योगिक दृष्टि से महत्वपूर्ण फाॅस्फर तथा नैनोफाॅस्फर का विकास सम्मिलित है । इस समूह द्वारा ग्रुप-II-VI सम्मिश्रों, एल्केलाइन अर्थ सल्फाइड, दुर्लभ मिट्टी आॅक्साइड तथा आॅक्सी सल्फाइड, इल्केलाइन दुर्लभ मिट्टी अथवा संक्रमण धातु के कुशल प्रकाश उत्सर्जी परमाणुओं से मादित एल्केलाइन अर्थ एल्युमिनेट्स का विकास किया गया है । समूह द्वारा खोजे गए कुछ जालक तथा उत्प्रेरक आयन इस प्रकार हैं:-

जालक: ZnS, (Zn, Cd)S, ZnO, (Zn, Mg)O, ZnOS, Y2O3, Y2O2S, Gd2O3, Gd2O2S, YsiO4, LaPO4, SrAl2O4, CaTiO3, Y3Al5O12 (YAG), Y4Al2O9 (YAM), BaMg Al10O17 (BAM), YVO4, YBO3, NayF4आदि

उत्प्रेरक: संक्रमण धातु आयन जैसे, Mn, Cu, Cr, Ag, दुर्लभ अर्थ आयन जैसे:- Eu3+, Eu2+, Tb3+, Pr3+, Sm3+, Er3+, HO3+, Yb3+, Tm3+

इस समूह द्वारा विभिन्न प्रायोजित परियोजनाओं के तहत विभिन्न डिस्प्ले डिवाइस में उपयोग हेतु औद्योगिक ग्रेड भास्वर (फाॅस्फर) पदार्थों के देशी उत्पादन हेतु विभिन्न प्रक्रमों का विकास किया गया है ।

  • नीले/लगभग - यूवी एलईडी के मेल से ठोस-अवस्था प्रकाश - व्यवस्था हेतु नवीन तथा अनूठा डाउन शिफ्टिंग फाॅस्फार्स तथा नैनो फाॅस्फार्स का विकास ।
  • प्लाज़्मा डिस्प्ले पैनल (पीडीपी) में उपयोग हेतु उच्च क्वांटम क्षमताओं से युक्त अवकर्षण रोधी फाॅस्फार्स का विकास ।
  • ऊर्जा सक्षम तथा निम्न - विद्युत चालित संकर वैद्युत संदीप्तिशील लैम्पों का विकास
  • डार्क-विजन डिस्प्ले हेतु दीर्घकालीन क्षय पदार्थ ।
  • जल-प्रकीर्णन योग्य क्वांटम डाॅट्स ।
  • आई आर विकिरणों द्वारा उत्तेजित किए जाने पर सक्षम संदीप्ति उत्पन्न करने वाले पाउडर कोलाॅइडी फार्म में अप-रूपातंरण (स्टोक-विरोधी) फाॅस्फार्स पर अनुसंधान तथा विकास
  • सिल्वर (Ag) तथा गोल्ड (Au) के धातु नैनोकणों का संश्लेषण, फाॅस्फर नैनोकणों के साथ संयोजन और प्लाज़्मान संवर्द्धित प्रतिदीप्ति पर अनुसंधान ।
  • सौर सेलों की क्षमता सुधारने हेतु सौर यू वी तथा आई आर विकिरण का दृश्य प्रकाश में रूपांतरण करने के लिए उपयुक्त फाॅस्फर पदार्थों का विकास ।

एल एम डी समूह, विभिन्न विधियों से संश्लेषित फाॅस्फर/नैनोफाॅस्फारस हेतु आवश्यक अभिलक्षणन सुविधाओं से सुसज्जित है । इसमें प्रकाशसंदीप्ति उत्तेजन तथा उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के मापन हेतु एकीकरण गोलक से सुसज्जित संयुक्त स्थिर अवस्था तथा समय समाधित संदीप्ति स्पेक्ट्रमापी, संदीप्ति का समय समाधित क्षय और फाॅस्फार्स की निरपेक्ष क्वांटम दक्षता सम्मिलित है । यू वी (375nm) तथा एन आई आर (980nm, 1550nm) उत्तेजन लेजर के साथ एक नवीन प्रयोगात्मक सुविधा स्थापित की गयी है । जिसमें सनाभि (confocal) संदीप्ति इमेजिंग, चयनित क्षेत्र में संदीप्ति मानचित्रण तथा स्पेक्ट्रमिकी सम्मिलित है । इस समूह की कुछ गतिविधियां नीचे दी गयी हैं ।

मानव स्तन कैंसर कौशिकओं के कृत्रिम परिवेशीय (In-Vitro) उच्च-विषम इमेजिंग हेतु अत्यधिक संदीप्तिशील - अनुचुंबकीय नैनोफाॅस्फर जाँच

हमने एक संशोधित Sol-gel पद्धति, जिसे वृहद् स्तर पर निर्मित किया जा सकता है, गैर-सामूहिक अत्यधिक संदीप्तिशील - अनुचुंबकीय अतिसूक्ष्म Y1.9O3 : Eu0.13+ मिलिसेंकड पी एल आजीवन युक्त नैनोफाॅस्फर का सफलतापूर्वक संश्लेषण तथा अभिलक्षणन किया है ।

हमने प्रदर्शित किया कि नैनोफाॅस्फर, कृत्रिम परिवेशीय उच्च-विषम जैवे इमेजिंग अनुप्रयोगों हेतु आवश्यक विशेषताओं से युक्त नैनोफाॅस्फर जल में कोलाइडी स्थिरता तथा प्रकाशिक पारदर्शिता दृश्य क्षेत्र में अभिलक्षणिक रूप से स्पष्ट स्पेक्ट्रमी रेखाओं सहित 246nm UV प्रकाश उत्तेजन पर 610nm (5Do7F2) पर शिखरमान Eu3+ के अत्यधिक समर्थ अतिसंवेदनशील लाल उत्सर्जन, अनुचुंबकीय गुण धर्मों तथा निम्न सेलुलर विषाक्तता से युक्त है । इस प्रकार यह नवीन दृष्टिकोण उच्च संवदेनशीलता के साथ उच्च-विषम सेलुलर तथा ऊतक इमेजिंग, चुंबकीय मार्गन (tracking) क्षमता तथा निम्न विषाक्तता को संभव बनाता है ।

चित्र 1(a) कक्षीय तापमान पर अधिकतम 610nm (5Do7F2) के साथ तीक्षण, तीव्र, अतिसंवेदनशील लाल उत्सर्जन शिखर को दर्शाता 246nm पर उत्तेजन पर रिकार्ड किया गया Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर के पीएल उत्सर्जन स्पेक्ट्रम । इनसैट में लाल उत्सर्जन के वर्ण निर्देशांकों को दर्शाता है; x = 0.5941, y = 0.3039 (b) 246nm उत्तेजन तंरगदैध्र्य पर 610nm पर उत्सर्जन का माॅनीटरन करने हुए कक्षीय तापमान पर रिकार्ड किए गए Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर की टीआरपीएल क्षय प्रोफाइल । चित्र 2 Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर का कक्षीय तापमान M(M) वक्र ।

चित्र 3 4h के लिए Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर (50μh ,L-1) के साथ उत्पन्न (incubated with) T47D कोशिकाओं के कृत्रिम परिवेशीय संदीप्ति सूक्ष्मदर्शिकी चित्र । क्रमिक चित्र दर्शाते हैं (I) T47D कोशिकाओं का कला विपर्यास; (II) 4-6-diamidino – 2 – henylindol (DAPI) युक्त विशिष्ट नाभिक चिह्नित नीलवर्ण (blue); (III) Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर द्वारा चिह्नित लाल संदीप्ति (IV) नीले DAPI तथा लाल Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर के अतिव्यापी चित्र; (V) क्रमशः (1-III) से कला विपर्यास, नीले तथा लाल की अतिव्यापन; तथा (VI) (V) से Y1.9O3 : Eu0.13+ नैनोफाॅस्फर के कृत्रिम परिवेशीय स्थानीय पी एल चित्र । इनसैटः क्षैतिज कोशिकाओं (लाल) से लिए गए स्थानीय पी एल स्पेक्ट्रम दुर्लभ-मिट्टी मुक्त पीले-हरे उत्सर्जी NaZnPO4: प्रकाश अनुप्रयोगों हेतु Mn फाॅस्फर ऐसे नवीन पदार्थों के विकास, जो दीर्घ तरंगदैध्र्य यू वी को नीले प्रकाश (300-470 nm) तथा अन्ततः श्वेत प्रकाश में परिवर्तित कर दे, से निश्चय ही मर्करी प्लाज़्मा के उपयोग को अपेक्षाकृत कम हानिकारक विकल्प से प्रतिस्थापित करने में सहायता मिलेगी तथा इस विकास से फोटोन रूपांतरण क्षमता भी उच्चतर हो सकेगी । हम मर्करी युक्त किफायती फाॅस्फर पदार्थों के विकास का प्रयास कर रहे हैं जो बेहतर ज्योति दक्षता, ऊर्जा-बचत, दीर्घ-जीवनकाल तथा निम्न-विद्युत-खपत जैसी विशेषताओं से युक्त पर्यावरण-अनुकूल हो । पराबैंगनी से दृश्य अवशोषण (300-470 nm), अपवादात्मक पीली-हरी ब्राॅड-बैंड प्रकाशसंदीप्ति (PL) तथा प्रशंसनीय वर्ण निर्देशंक (x=0.39, y = 0.58) से युक्त एक नवीन दुर्लभ मिट्टी मुक्त फाॅस्फर, NaZnPO4: Mn2+ (NZP : Mn2+) की पहचान की गयी । इसकी संरचना क्रिटलीय है जो ZnO4 तथा NaO4 विकृत चतुश्फलकीय द्वारा जुड़े विभिन्न PO4 चतुश्फलकों से मिलकर बनी है । ये इस प्रकार जुडे़ हैं कि तीन चुतश्फलक, प्रत्येक प्रकार का एक, एक कोण में स्थित हैं । NZP : Mn2+ फाॅस्फर की XRD प्रोफाइल चित्र में दर्शायी गयी है । UV संवेदी Zn-O-Zn संबंधों की उपस्थिति तथा Mn2+ आयनों में इनके दक्ष ऊर्जा हस्तातरंण; सर्वाधिक द्युतिममान PL तथा 418 nm पर 63% बाह्य क्वांटमी लब्धि में प्रतिफलित होता है । समस्त उत्तेजनों के लिए, PL उत्तेजन को ~543 nm पर केन्द्रित किया गया है जो चित्र में दर्शाए अनुसार, Mn2+ के प्रचक्रण वर्जित d-d संक्रमण (4T16A1) के लिए उत्तरदायी है । हमारे प्रयोग ने भविष्य के लिए अपेक्षाकृत किफायती यू वी रूपांतरित श्वेत-प्रकाश उत्सर्जी डायोड के निर्माण की संभावना प्रदर्शित की । यह नवीन फाॅस्फर कई प्रदर्शी तथा प्रकाश-व्यवस्था संबंधी उपकरणों के लिए भी उपयोगी हो सकता है । व्यावसायिक सल्फाइड फाॅस्फर (P-20) की तुलना में हमारे NZP :Mn2+ नैनोफास्फर ने संवर्धित द्युति/दीप्ति (brightness) तथा क्षमताओं का प्रदर्शन किया तथा यह बढ़ती हुई श्वेत LED प्रौद्योगिकी के लिए स्वीकारात्मक पसंद हो सकती है । द्युति को प्रभावित करने वाले कारकों, Mn2+ PL, प्रतिक्रिया वातावरण, dopant का संकेन्द्रण आदि का विस्तृत अध्ययन कर इनका इश्टतमीकरण किया गया । इस गतिविधि में, एक व्यावसायिक यूवी LED (375 nm उत्सर्जन युक्त) को वर्तमान नैनोफाॅस्फर से सफलतापूर्वक लेषित किया गया जिसने वर्णिक आरेख की 'आदर्श श्वेत' स्थिति के काफी निकट प्रकाश उत्सर्जन का प्रदर्शन किया ।

चित्र (a) चित्र (b) चित्र (c)

(a) NaZnPO4 : Mn फाॅस्फर की XRD प्रोफाइल; इनसैट में कक्षीय वातावरण तथा यूवी 370 nm उत्तेजनों में फाॅस्फर को दर्शाया गया है (b) 543 nm उत्सर्जन पर माॅनीटर किए गए NaZnPO4 : Mn फाॅस्फर के प्रकाशसंदीप्ति उत्तेजन स्पेक्ट्रम (c) चित्र में उल्लिखित विभिन्न उत्तेजनों के तहत रिकार्ड की गयी द्युतिमान पीली-हरी प्रकाशसंदीप्ति ।

समूह के वैज्ञानिक:-

1. डा. डी हरनाथ, प्रमुख
2. डा. बिपिन कुमार गुप्ता

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