Strong Fiber from Uniaxial Fullerene Supramolecules Aligned with Carbon Nanotubes
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कल्पना कीजिए कि आपके पास अविश्वसनीय रूप से मजबूत, नन्हे स्ट्रॉ (कार्बन नैनोट्यूब, या CNTs) का एक बंडल है। ये स्ट्रॉ पहले से ही अपनी अत्यधिक मजबूती और तांबे के तार की तरह बिजली संचालित करने की क्षमता के लिए प्रसिद्ध हैं। वैज्ञानिक इन स्ट्रॉ को आपस में बहुत कसकर भरने और उन्हें बिल्कुल सही ढंग से संरेखित (align) करके और भी बेहतर तार बनाने की कोशिश कर रहे थे, जैसे कि कच्चे स्पैगेटी का एक बंडल हो।
वैज्ञानिकों ने एक नई तरकीब आजमाई: उन्होंने इस स्पैगेटी बंडल में कुछ "आणविक मार्बल्स" (फुलरीन, या C60) मिला दिए। फुलरीन के बारे में सोचिए—ये नन्हे, खोखले सॉकर बॉल्स की तरह हैं। आमतौर पर, ये सॉकर बॉल्स नरम, कुचालक (बिजली प्रवाहित नहीं करने वाले) होते हैं और वे व्यवस्थित रूप से पंक्ति में नहीं रहना पसंद करते हैं।
बड़ा प्रयोग
टीम ने अपने सुपर-स्ट्रॉन्ग स्पैगेटी (CNTs) और आणविक मार्बल्स (फुलरीन) को एक बहुत ही शक्तिशाली, अम्लीय "सूप" में एक साथ घोल दिया। फिर उन्होंने इस सूप को एक छोटे से छेद से बाहर निकाला ताकि इसे एक नए फाइबर में बुना जा सके।
आमतौर पर, जब आप इन दोनों चीजों को मिलाते हैं, तो मार्बल्स बस बेतरतीब ढंग से बिखर जाते हैं, जैसे रेत के ढेर में कंकड़। लेकिन इस बार, वैज्ञानिकों ने इन मार्बल्स को स्पैगेटी के धागों के बीच एक-एक करके सीधी पंक्तियों में व्यवस्थित करने का एक तरीका खोज लिया। यह ऐसा है जैसे उन्होंने उन सॉकर बॉल्स को तार की पूरी लंबाई में चलने वाली एक आदर्श, अटूट श्रृंखला बनाने के लिए मजबूर कर दिया हो, जो स्ट्रॉ के बीच में दबी हुई है।
उन्होंने क्या पाया
"लो लोड" की सफलता: जब उन्होंने मार्बल्स की बहुत कम मात्रा डाली, तो परिणाम अद्भुत था। नया फाइबर केवल स्पैगेटी वाले फाइबर से वास्तव में अधिक मजबूत था।
- उपमा: कल्पना कीजिए कि स्पैगेटी के धागे चिकने हैं और वे एक-दूसरे के पास से आसानी से फिसल सकते हैं, जिससे बंडल कमजोर हो सकता है। उनके बीच मौजूद नन्हे, ऊबड़-खाबड़ मार्बल्स "स्पीड बंप" या खुरदरे पैच की तरह काम करते हैं। वे घर्षण (friction) को बढ़ा देते हैं, जिससे धागे आपस में लॉक हो जाते हैं ताकि वे अलग न हो सकें। इसने तार को टूटने के प्रति अधिक कठिन बना दिया।
- बिजली अभी भी ठीक से बह रही थी क्योंकि स्पैगेटी के धागे अभी भी एक-दूसरे को छू रहे थे, जिससे विद्युत प्रवाह के लिए एक निरंतर राजमार्ग बन रहा था।
"हाई लोड" की समस्या: जब उन्होंने बहुत सारे मार्बल्स डाले, तो चीजें गड़बड़ा गईं।
- उपमा: यह एक सूटकेस में बहुत अधिक सॉकर बॉल्स भरने की कोशिश करने जैसा है। मार्बल्स आपस में मिलकर बड़े, नुकीले पत्थरों की तरह गुच्छे बनाने लगे। इन पत्थरों ने तार के अंदर अंतराल (voids/रिक्त स्थान) पैदा कर दिए और इसे चौड़ा और फूला हुआ बना दिया।
- इन अंतरालों और गुच्छों के कारण, तार कमजोर हो गया और इसकी चालकता भी कम हो गई, जो मूल स्पैगेटी-ओनली तार के प्रदर्शन का लगभग आधा रह गया। हालांकि, यह अभी भी एक कार्यात्मक तार था, बस उतना अच्छा नहीं था।
"हीट ट्रीटमेंट" (एनीलिंग): वैज्ञानिकों ने बचे हुए एसिड को हटाने और मार्बल्स को बेहतर ढंग से व्यवस्थित करने में मदद करने के लिए तारों को एक विशेष ओवन में पकाया।
- इसने "मार्बल चेन्स" को अधिक क्रिस्टलीय (अधिक व्यवस्थित, एक आदर्श क्रिस्टल की तरह) बना दिया और अंतरालों को हटा दिया।
- दिलचस्प बात यह है कि गर्मी ने मार्बल्स को कुचला नहीं या उनके बैठने के तरीके को नहीं बदला। इसने बस मार्बल्स की आंतरिक संरचना को अधिक साफ और व्यवस्थित बना दिया।
निष्कर्ष
शोधकर्ताओं ने खोजा कि आप एक नया प्रकार का सुपर-फाइबर बना सकते हैं जहाँ "आणविक मार्बल्स" तार के भीतर सुव्यवस्थित, संरेखित श्रृंखलाओं के रूप में खुद को व्यवस्थित करते हैं।
- यदि आप थोड़े से मार्बल्स जोड़ते हैं, तो आप तार की बिजली संचालित करने की क्षमता को नुकसान पहुँचाए बिना उसे अधिक मजबूत बना सकते हैं।
- यदि आप बहुत अधिक मार्बल्स डालते हैं, तो तार अंतराल के साथ भर जाता है और कमजोर हो जाता है।
यह पेपर यह दावा नहीं करता कि ये तार अभी आपके घर को बिजली देंगे या बीमारियों का इलाज करेंगे। इसके बजाय, यह एक नया "टेस्टबेड" या खेल का मैदान पेश करता है। यह सिद्ध करता है कि आप इन दो अलग-अलग कार्बन सामग्रियों को एक विशिष्ट तरीके से एक साथ संरेखित करने के लिए मजबूर कर सकते हैं, जो भविष्य में इन अद्वितीय, मिश्रित संरचनाओं के माध्यम से बिजली और गर्मी कैसे चलती है, इसका अध्ययन करने के लिए वैज्ञानिकों के लिए नए दरवाजे खोलता है।
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