लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री

क्वांटम आकार प्रभाव उस घटना का वर्णन करता है जहां किसी पदार्थ के इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण उसके आकार के नैनोस्केल के करीब पहुंचने पर बदल जाते हैं। जब किसी पदार्थ के आयाम इलेक्ट्रॉन की डी ब्रोगली तरंगदैर्ध्य के तुलनीय हो जाते हैं, तो क्वांटम परिरोधन होता है। यह इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों को परिमाणित करता है, जिससे आकार-निर्भर बैंड गैप उत्पन्न होता है, [latex]E_g(R) approx E_{g,bulk} + frac{hbar^2pi^2}{2R^2}(frac{1}{m_e^*} + frac{1}{m_h^*})[/latex]।

नम हवा में किसी द्रव सतह पर जल का साम्य वाष्प दाब ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) शुद्ध जल की सतह पर साम्य वाष्प दाब ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]) से थोड़ा अधिक होता है। इस अंतर को जल वाष्प संवर्धन कारक, [latex]f_w[/latex] द्वारा मापा जाता है, जो नम हवा के तापमान और दाब पर निर्भर करता है। संबंध इस प्रकार है: [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) cdot p^*_{H_2O}[/latex]।

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के मिश्र धातुओं से बने मजबूत स्थायी चुंबक होते हैं। 1970 और 1980 के दशक में विकसित, सबसे सामान्य प्रकार नियोडिमियम चुंबक (NdFeB) और समैरियम-कोबाल्ट चुंबक (SmCo) हैं। वे बनाए गए स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं, जो फेराइट या अलिनको चुंबकों की तुलना में काफी मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, जिससे कई प्रौद्योगिकियों में लघुकरण और बेहतर प्रदर्शन संभव हो पाता है। नोट: 'दुर्लभ-पृथ्वी तत्व' शब्द एक ऐतिहासिक भ्रामक नाम है। ये तत्व पृथ्वी की पपड़ी में असाधारण रूप से दुर्लभ नहीं हैं। सीरियम, सबसे प्रचुर मात्रा में, 25वां सबसे प्रचुर तत्व है, जो तांबे के समान है। यहाँ तक कि सबसे कम प्रचुर स्थिर दुर्लभ-पृथ्वी, ल्यूटेशियम, सोने की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक सामान्य है। 'दुर्लभ' लेबल इसलिए उत्पन्न हुआ क्योंकि उन्हें अलग करना मुश्किल था।

सीआईई श्वेतता सूचकांक, अंतर्राष्ट्रीय प्रकाश आयोग द्वारा श्वेतता की अनुभूति को मापने के लिए निर्धारित एक मानकीकृत सूत्र है। इसकी गणना सीआईई त्रिउत्तेजना मानों (X, Y, Z) और नमूने तथा संदर्भ प्रकाश स्रोत के रंग निर्देशांकों (x, y) से की जाती है। इसका प्राथमिक सूत्र है: [latex]W_{CIE} = Y + 800(x_n - x) + 1700(y_n - y)[/latex]।

आणविक स्व-संयोजन एक 'बॉटम-अप' प्रक्रिया है जहाँ अणु बिना किसी बाहरी मार्गदर्शन के स्वतः ही व्यवस्थित संरचनाओं में संगठित हो जाते हैं। यह घटना, जो हाइड्रोजन बंधन, हाइड्रोफोबिक प्रभाव और वैन डेर वाल्स बलों जैसी गैर-सहसंयोजक अन्योन्यक्रियाओं द्वारा संचालित होती है, जीव विज्ञान में मौलिक है (उदाहरण के लिए, प्रोटीन फोल्डिंग, लिपिड बाइलेयर का निर्माण)। जैव-सामग्रियों में, इसका उपयोग बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए हाइड्रोजेल और नैनोफाइबर जैसे जटिल, नैनोसंरचित सामग्रियों को बनाने के लिए किया जाता है।

आईएसओ 5725 मानक सटीकता को सत्यता और परिशुद्धता के संयोजन के रूप में परिभाषित करता है। सत्यता, माप की एक बड़ी श्रृंखला के माध्य का स्वीकृत संदर्भ मान के करीब होना है, जो व्यवस्थित त्रुटि या पूर्वाग्रह को मापती है। परिशुद्धता, परिणामों के एक सेट के बीच समझौते की निकटता है, जो यादृच्छिक त्रुटि को मापती है। इस प्रकार, सटीकता के लिए उच्च सत्यता और उच्च परिशुद्धता दोनों की आवश्यकता होती है।

लिथियम-आयन बैटरियां एक अंतर्संयोजन तंत्र के माध्यम से कार्य करती हैं, जो कि एक स्तरित होस्ट सामग्री में आयनों का प्रतिवर्ती सम्मिलन है। डिस्चार्ज के दौरान, लिथियम आयन (Li⁺) एक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड), जो आमतौर पर ग्रेफाइट होता है, से विकेंद्रित होते हैं और एक गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हुए एक धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), जो आमतौर पर एक धातु ऑक्साइड होता है, में अंतर्संयोजन करते हैं। इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ में प्रवाहित होते हैं, जिससे धारा उत्पन्न होती है।

डिस्चार्ज की गहराई (DoD) बैटरी की क्षमता का वह प्रतिशत दर्शाती है जो डिस्चार्ज हो चुका है। यह चार्ज की स्थिति (SoC) का व्युत्क्रम है, जहाँ 100% DoD का अर्थ है कि बैटरी पूरी तरह से खाली है। बैटरी का चक्र जीवन उसके औसत DoD पर बहुत अधिक निर्भर करता है; कम DoD चक्र (उदाहरण के लिए, केवल 80% क्षमता तक डिस्चार्ज होना) बैटरी के सहन करने योग्य चक्रों की संख्या को काफी बढ़ा देते हैं।

MEMS के स्केलिंग नियम बताते हैं कि कैसे भौतिक बल और गुणधर्म तब बदलते हैं जब उपकरण के आयाम सूक्ष्म पैमाने तक सिकुड़ जाते हैं। गुरुत्वाकर्षण और जड़त्व से संचालित स्थूल जगत के विपरीत, सूक्ष्म क्षेत्र सतही बलों जैसे सतह तनाव, श्यानता और स्थिरवैद्युत बलों द्वारा नियंत्रित होते हैं। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल आयतन (L³) के साथ बढ़ता है, जबकि स्थिरवैद्युत बल क्षेत्रफल (L²) के साथ बढ़ता है, और छोटे आकार में अपेक्षाकृत अधिक मजबूत हो जाता है।

नियोडिमियम चुंबक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं। वे नियोडिमियम, आयरन और बोरॉन के एक त्रिअंगी मिश्र धातु हैं, जिसका स्टोइकियोमेट्रिक सूत्र Nd2Fe14B है। उनकी अपार चुंबकीय शक्ति सामग्री की उच्च चुंबकीय अनिसोट्रॉपी और संतृप्ति चुंबकत्व से उत्पन्न होती है, जो इसकी चतुष्कोणीय क्रिस्टल संरचना से प्राप्त होती है। हालांकि, वे भंगुर होते हैं, संक्षारण के प्रति संवेदनशील होते हैं, और उनका क्यूरी तापमान कम होता है।

एक एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर (SET) एक स्विचिंग डिवाइस है जो एकल इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए नियंत्रित इलेक्ट्रॉन टनलिंग का उपयोग करता है। इसमें एक क्वांटम डॉट ('द्वीप') होता है जो टनल जंक्शनों के माध्यम से स्रोत और ड्रेन लीड से जुड़ा होता है, और एक गेट इलेक्ट्रोड से कैपेसिटिव रूप से जुड़ा होता है। इसका संचालन कूलम्ब नाकाबंदी प्रभाव पर निर्भर करता है, जिससे अत्यधिक संवेदनशीलता और कम बिजली की खपत संभव होती है।

1986 में, जॉर्ज बेडनोरज़ और के. एलेक्स मुलर ने एक सिरेमिक सामग्री, एक लैंथेनम-आधारित क्यूप्रेट पेरोव्स्काइट में, लगभग 35 K के महत्वपूर्ण तापमान पर अतिचालकता की खोज की। यह उस समय के पारंपरिक अतिचालकों के लिए ~23 K के रिकॉर्ड से काफी अधिक था और इस विश्वास को तोड़ दिया कि अतिचालकता बहुत कम तापमान तक सीमित थी, जिससे उच्च-तापमान अतिचालकता का क्षेत्र खुल गया।

कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) एकल-परत कार्बन परमाणुओं (ग्राफीन) की लुढ़की हुई चादरों के बेलनाकार अणु होते हैं। वे सिंगल-वॉल वाले (SWCNTs) या मल्टी-वॉल वाले (MWCNTs) हो सकते हैं। उनके गुण असाधारण हैं, जिनमें असाधारण तन्य शक्ति (~100 GPa), उच्च विद्युत चालकता और उच्च तापीय चालकता शामिल है। उनका इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार (धात्विक या अर्धचालक) उनकी काइरैलिटी पर निर्भर करता है, यानी, ग्राफीन जालक के रोल-अप का कोण।

मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (MOFs) धातु-युक्त नोड्स (द्वितीयक निर्माण इकाइयाँ, SBUs) और कार्बनिक लिगेंड्स, जिन्हें लिंकर्स के रूप में जाना जाता है, से निर्मित क्रिस्टलीय झरझरा सामग्री हैं। ये घटक विस्तारित, एक-, दो- या त्रि-आयामी समन्वय पॉलिमर में स्व-संयोजन करते हैं। धातु और लिंकर का चुनाव परिणामी फ्रेमवर्क की टोपोलॉजी, छिद्र आकार और रासायनिक कार्यक्षमता को निर्धारित करता है, जिससे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उच्च स्तर की ट्यूनेबिलिटी सक्षम होती है।