சோடியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு

சோடியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (Sodium cobalt oxide) என்பது Na_xCoO₂ என்ற பொது மூலக்கூற்று வாய்ப்பாட்டால் விவரிக்கப்படும் ஒரு கனிம வேதியியல் சேர்மமாகும். இதை சோடியம் கோபால்ட்டேட்டு என்ற பெயராலும் அழைப்பார்கள். சோடியம், கோபால்ட்டு, ஆக்சிசன் போன்ற தனிமங்கள் பல்வேறு அளவுகளிலும் சேர்ந்து இச்சேர்மம் உருவாகிறது. NaxCoO2•yH2O. என்ற பொதுவாய்ப்பாட்டைக் கொண்ட நீரேற்று வடிவங்களை குறிக்கவும் இப்பெயர் பயனாகிறது.

1970 ஆம் ஆண்டுகளில் முதன் முதலாக நீரற்ற சோடியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு தயாரிக்கப்பட்டது ^[1]. ஓர் உலோகத்தைப் போல இதுவும் மின்சாரத்தை கடத்துகிறது. எனவே தனித்துவமான வெப்பமின் பண்புகளை (0.5 ≤ x ≤ 0.75) கொண்டிருப்பதாக அறியப்படுகிறது. இதன் அதிக சீபெக் குணகமும் குறைந்த மின் தடை பண்பையும் 1997 ஆம் ஆண்டில் ஓர் ஆய்வுக்குழு கண்டறிந்தனர்^[1].நீரேற்று வகை சோடியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு ஒரு மீக்கடத்தியாகும் ^[1]. இச்சேர்மமும் இதன் ஒத்த வரிசை மாங்கனீசு சேர்மமும் இலித்தியம் வரிசைச் சேர்மங்களைக்காட்டிலும் மலிவானவையாகும் ^[2].

கட்டமைப்பு

மற்ற கார - கோபால்ட்டு ஆக்சைடுகளைப் போலவே, சோடியம் கோபால்டேட்டும் ஓர் அடுக்கு கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. ஒற்றை இணைதிற சோடியம் நேர்மின் அயனி அடுக்குகள் ( Na+) கோபால்ட்டு மற்றும் ஆக்சிசன் அணுக்களின் இரு பரிமாண எதிர்மின் அயனி தகடுகளுடன் அடுத்தடுத்து அமைந்துள்ளன. ஒவ்வொரு கோபால்ட்டு அணுவும் ஆறு ஆக்சிஜன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டு அடுக்கு தளத்திற்கு இணையாக இரண்டு முகங்களுடன் ஒரு எண்முகம் உருவாகிறது, எண்முகம் விளிம்புகளை பகிர்ந்து கொள்வதன் விளைவாக கோபால்ட்டு அணுக்களின் ஒரு அடுக்கு இரண்டு அடுக்கு ஆக்சிசன் அணுக்களுக்கு இடையில் வைக்கப்படுகிறது. இவை மூன்றுமே வழக்கமான முக்கோண தள பின்னலுடன் உள்ளன^[1] பிந்தையவற்றில் செப்பு அணு அடுக்குமுறை ஒரு சதுரப் பின்னல் என்பதை தவிர இந்த அமைப்பு குப்ரேட்டு மீக்கடத்திகளை நினைவூட்டுகிறது.^[1].

கோபால்ட் அணுக்கள் முறையான ஆக்சிசனேற்ற நிலை 4− x ஐக் கொண்டுள்ளன . அதாவது, முழுமையாக ஒடுக்கப்பட்ட சேர்மம் NaCoO2 என்பதை Na⁺
•Co³⁺
•(O²⁻
)
₂ என்று பொருள் கொள்ளலாம். இச்சேர்மம் ஆக்சிசனேற்றப்படுவதால், சோடியம் நேர்மின் அயனிகள் கட்டமைப்பிலிருந்து வெளியேறுகிறது கோபால்ட் முறையாக Co4+ ஆக்சிசனேற்ற நிலையை நெருங்குகிறது.

0.5 அளவுக்கு மேலான x மதிப்பிற்கு சோடியம் அயனிகள் பல வேறுபட்ட அடுக்கு முறைகளை மேற்கொள்கின்றன. இம்முறையில் சோடியம் அயனிகள் P6 3 / mmc என்ற இடக்குழுவில் 2 பி மற்றும் 2 டி ஆகிய இரண்டு சமமற்ற வைகோஃப் தளங்களை ஆக்கிரமித்துள்ளன. மின்வேதியியல் மற்றும் அரிப்பு வீதம் தொடர்பான கால்வனோ மாறா மின்னோட்ட அளிப்பு சோதனைகளில், சோடியம் உள்ளடக்கமான x இன் குறிப்பிட்ட மதிப்புகளில் அடுக்குமுறை மாற்றம் மின்னாற்பகுப்பு ரீதியாக மாறுபடும். . X இன் செயல்பாடாக திட்டமிடப்பட்ட அயனிகளின் பரவல் வீதம், குறிப்பிட்ட வழக்கமான அடுக்குமுறைகளை ஒத்திருக்கும். x இன் மதிப்புகளில் கூர்மையான இறக்கம் சுற்றுப்புற வெப்பநிலையில் சுமார் 10 −7 முதல் 10 −10 செ.மீ 2 / வி வரை குறைகிறது, அதாவது 1/3, 1/2, மற்றும் 5/7. 5/9 போன்ற வேறு சில எளிய விகிதங்களைச் சுற்றி சிறிய மற்றும் பரந்த இறக்கம் காணப்படுகின்றன^[2]. 100 கெல்வின் வெப்பநிலையில் X = 0.8 என்ற மதிப்புக்கு சோடியம் அடுக்கில் உள்ள காலியிடங்கள் மூன்று தொகுதிகளாக அமைக்கப்பட்டிருக்கும். இத்தொகுதிகள் வரி கோடுகளின் அருகிலுள்ள வரி கோடுகளின் தொகுதிகளுக்கு இடையில் ஒரு நிலையாக ஈடு செய்யப்பட்டிருக்கும். அந்த நிலைமைகளில், சோடியம் அணுக்களின் பரவல் வீதம் மிகக் குறைவு.ஆகும். சுமார் 290 கெல்வின் வெப்பநிலையில் கட்டமைப்பு ஓரளவு சீர்குலைந்து, அருகிலுள்ள கோடுகளுக்கு இடையில் ஈடுசெய்யப்படுவது சீரற்றதாக மாறும். அவற்றின் அரை- பரிமாண பரவலை அனுமதிக்கும் வழிகளையும் இது உருவாக்கும். சோடியம் பின்னல் சுமார் 370 கெல்வின் வெப்பநிலையில் உருகத் தொடங்கும், இது இரு பரிமாண பரவலை அனுமதிக்கிறது^[2].

X இன் மதிப்பு அதிகரிக்கும் போது முக்கிய படிகத் தளங்களின் கடத்துத்திறன் x = 0.85 என்ற மதிப்பு வரை அதிகரிக்கும். பின்னர் x இன் மதிப்பு சுயாதீனமாக இருக்கும். இந்த அதிக செறிவுகளில் வெப்பநிலை சார்பு உலோக தன்மையைக் கொண்டுள்ளது^[2]. x இன் மதிப்பு 0.97 வரை வெப்பமின் திறன் அதிகரிக்கிறது, ஆனால் அதிக x மதிப்புக்கு இத்திறன் குறைகிறது. ஒவ்வொரு இயைபுக்கும் வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக இது சுமார் 130 கெல்வின் வெப்பநிலை வரை வேகமாக அதிகரிக்கிறது, பின்னர் படிப்படியாக குறைகிறது. Z = S / ρκ என்ற வாய்ப்பாடு மூலம் இதை கணக்கிடலாம். இங்குள்ள ρ என்பது தளத்தின் எதிர்ப்புத்தன்மையையும் மற்றும் κ என்பது வெப்பக் கடத்துத்திறனையும் குறிக்கின்றன. 65 கெல்வின் வெப்பநிலையில் x இன் மதிப்பு அதிகபட்சம் சுமார் 0.89 க்கு சமமாக இருக்கும்^[3].

மேற்கோள்கள்

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 Barbara Goss Levi (2003), "Intriguing Properties Put Sodium Cobalt Oxide in the Spotlight". Physics Today, volume 56, issue 8, page 15. எஆசு:10.1063/1.1611341
↑ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 T. J. Willis, D. G. Porter, D. J. Voneshen, S. Uthayakumar, F Demmel, M. J. Gutmann, K. Refson, and J. P. Goff (2018) "Diffusion mechanism in the sodium-ion battery material sodium cobaltate". Scientific Reports, volume 8, report 3210. எஆசு:10.1038/s41598-018-21354-5
↑ Minhyea Lee, Liliana Viciu, Luli Yayuwang, M. L. Foo, S. Watauchi, R. A. Pascal Jr., R. J. Cava, and N. P. Ong (2006): "Large enhancement of the thermopower in Na
_xCoO
₂ at high Na doping". Nature Materials Letters, volume 6, pages 537-540, எஆசு:10.1038/nmat1669

[physt-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 Barbara Goss Levi (2003), "Intriguing Properties Put Sodium Cobalt Oxide in the Spotlight". Physics Today, volume 56, issue 8, page 15. எஆசு:10.1063/1.1611341

[willis-2] 2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 T. J. Willis, D. G. Porter, D. J. Voneshen, S. Uthayakumar, F Demmel, M. J. Gutmann, K. Refson, and J. P. Goff (2018) "Diffusion mechanism in the sodium-ion battery material sodium cobaltate". Scientific Reports, volume 8, report 3210. எஆசு:10.1038/s41598-018-21354-5

[mhlee-3] Minhyea Lee, Liliana Viciu, Luli Yayuwang, M. L. Foo, S. Watauchi, R. A. Pascal Jr., R. J. Cava, and N. P. Ong (2006): "Large enhancement of the thermopower in Na
_xCoO
₂ at high Na doping". Nature Materials Letters, volume 6, pages 537-540, எஆசு:10.1038/nmat1669

[1]

[2]

[3]