तीन भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थानों (आईआईटी) के शोधकर्ताओं के एक सहयोगात्मक अध्ययन में पाया गया है कि कुछ सिंथेटिक प्लास्टिक में टेट्रापॉड के आकार के नैनोकणों को जोड़ने से उनकी चिपचिपाहट काफी कम हो सकती है, जिससे उन्हें संसाधित करना आसान और कम ऊर्जा-गहन हो जाता है।
प्लास्टिक की बहुमुखी प्रतिभा पॉलिमर नामक लंबी आणविक श्रृंखलाओं के कारण होती है, जो उन्हें ढालने योग्य और फैलने योग्य बनाती है। हालाँकि, भारी, लंबी श्रृंखला वाले कई सिंथेटिक प्लास्टिक पिघलने पर अत्यधिक मोटे हो जाते हैं – एक संपत्ति जिसे वैज्ञानिक उच्च चिपचिपापन कहते हैं – जिससे उन्हें संसाधित करना मुश्किल और महंगा हो जाता है।
एक हालिया सहयोगात्मक अध्ययन जिसका शीर्षक है, ‘नैनोटेट्रापॉड्स कारावास प्रेरित पैकिंग निराशा के माध्यम से पॉलिमर प्रवाह को बढ़ावा देते हैं’ आईआईटी बॉम्बे, आईआईटी मद्रास और आईआईटी कानपुर के शोधकर्ताओं द्वारा प्रदर्शित किया गया कि टेट्रापॉड के आकार के नैनोकणों, समुद्री लहर ब्रेकर के रूप में उपयोग की जाने वाली चार-सशस्त्र कंक्रीट संरचनाओं से मिलते-जुलते छोटे कणों को पॉलिमर में मिलाने से उनके प्रवाह में सुधार हो सकता है। प्रभाव का परीक्षण पॉलीस्टाइनिन (पीएस) पर किया गया, एक बहुलक जिसके भौतिक और रियोलॉजिकल गुणों को अच्छी तरह से समझा जाता है।
इस शोध का नेतृत्व प्रोफेसर मिथुन चौधरी ने किया, जो आईआईटी बॉम्बे में सॉफ्ट इंटरफेस लैब के प्रमुख हैं, जिसमें प्रोफेसर अनिंद्य दत्ता (आईआईटी बॉम्बे), तारक के. पात्रा (आईआईटी मद्रास), और शिवसुरेंद्र चंद्रन (आईआईटी कानपुर) का सहयोग रहा। प्रायोगिक कार्य और विश्लेषण ज्योतिप्रिया सरकार, मिथुन मधुसूदनन, हर्षित यादव, आईआईटी बॉम्बे से डॉ. फरियाद अली और आईआईटी मद्रास से डॉ. सचिन एमबी गौतम द्वारा किया गया था।
आईआईटी बॉम्बे में सॉफ्ट इंटरफेस लैब के प्रमुख और शोध का नेतृत्व करने वाले श्री चौधरी ने कहा, “यह अध्ययन भविष्य में संभावित रूप से कम प्रसंस्करण ऊर्जा का मार्ग खोलता है, अगर हम सटीक आकार के टिकाऊ नैनोकणों को बड़े पैमाने पर संश्लेषित कर सकते हैं।”
उन्होंने कहा, यह विचार एक आकस्मिक अवलोकन से आया, “मरीन ड्राइव पर टहलने के दौरान, हमने लहरों को तोड़ने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले बड़े कंक्रीट टेट्रापॉड देखे। इससे एक सवाल पैदा हुआ: क्या होगा अगर हम मोटे पॉलिमर तरल पदार्थों में इन आकृतियों के छोटे संस्करणों का उपयोग करें?” श्री चौधरी ने टेट्रापॉड की असामान्य ज्यामिति के कारण उनका परीक्षण करने के बारे में सोचा। उन्होंने कहा, अन्य आकृतियों के नैनोकण, जैसे गोले या छड़ें, चिपचिपाहट को कम करने के बजाय बढ़ाने के लिए जाने जाते हैं।
गोलाकार या छड़ के आकार के नैनोकणों के विपरीत, जो आमतौर पर चिपचिपाहट बढ़ाते हैं, टेट्रापोड्स ने इसे कम कर दिया। “सिमुलेशन से पता चला कि टेट्रापॉड की आंतरिक वक्रताएं ऐसे क्षेत्र बनाती हैं जिनमें लंबी पॉलिमर श्रृंखलाएं प्रवेश करने के लिए प्रतिकूल लगती हैं,” उन्होंने समझाया। उन्होंने कहा, “इससे नैनोटेट्रापॉड के आसपास पॉलिमर की संख्या कम हो जाती है और इससे पॉलिमर श्रृंखलाएं एक-दूसरे से आसानी से आगे बढ़ जाती हैं।”
विभिन्न नैनोकणों के आकार के आसपास बहुलक अणु कैसे अलग-अलग व्यवहार करते हैं, इसका एक दृश्य; धागे बहुलक श्रृंखलाएँ हैं, और लाल आकृतियाँ नैनोकण हैं। टेट्रापोड्स के आसपास कम घनत्व पर ध्यान दें। | फोटो साभार: अध्ययन के लेखक
टीम ने आईआईटी बॉम्बे में प्रोफेसर अनिंद्य दत्ता की प्रयोगशाला से कैडमियम-सेलेनियम (सीडीएसई) टेट्रापोड प्राप्त किए और उन्हें पॉलीस्टाइनिन में शामिल किया। गोलाकार और छड़ के आकार के सीडीएसई नैनोकणों के साथ नियंत्रण प्रयोगों ने पुष्टि की कि केवल टेट्रापॉड्स ने ही प्रवाह में सुधार किया है। महत्वपूर्ण बात यह है कि जोड़ ने पॉलिमर की यांत्रिक या थर्मल अखंडता से समझौता नहीं किया।
निष्कर्षों से यह भी पता चलता है कि नैनोकण आकार का उपयोग संभावित रूप से प्लास्टिक के प्रवाह को समायोजित करने के लिए किया जा सकता है। “कई अनुप्रयोगों, जैसे कोटिंग्स, चिपकने वाले, या 3डी प्रिंटिंग रेजिन को आकार बनाए रखने या भार वहन करने के लिए विशिष्ट चिपचिपाहट की आवश्यकता होती है। नैनोकणों द्वारा चिपचिपाहट बढ़ाने के बहुत सारे उदाहरण हैं, लेकिन हमारे अध्ययन से पता चलता है कि यह दोनों तरीकों से जा सकता है। गोले या सड़कों जैसे कॉम्पैक्ट कण मोटे हो सकते हैं, श्री चौधरी ने समझाया।
टीम वर्तमान में पॉलिमर-नैनोपार्टिकल कंपोजिट तैयार करने की प्रक्रिया को बढ़ाने और इसे विभिन्न प्रकार के पॉलिमर के अनुकूल बनाने के तरीके तलाश रही है। प्रमुख चुनौतियाँ बनी हुई हैं, जिनमें बड़े पैमाने पर नैनोकणों का संश्लेषण और कैडमियम जैसे विषाक्त पदार्थों को अधिक पर्यावरण अनुकूल विकल्पों से बदलना शामिल है।
श्री चौधरी ने कहा, “भविष्य में काम इसे अन्य पॉलिमर और अधिक जटिल नैनोकण ज्यामिति तक विस्तारित करेगा।” भविष्य में, समूह का लक्ष्य नैनोकण ज्यामिति के आधार पर पॉलिमर-नैनोकण कंपोजिट के व्यवहार और प्रवाह पैटर्न की भविष्यवाणी करने के लिए एआई या मशीन लर्निंग तकनीकों का उपयोग करके मॉडल विकसित करना है।
