Natural mica mineral and plasma-processed mica microspheres
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि प्राकृतिक मस्कोवाइट माइका पाउडर के प्लाज्मा जेट मेल्टिंग से डीहाइड्रॉक्सिलेशन और अमोर्फाइजेशन प्रेरित होता है, जबकि अत्यधिक सूक्ष्म छिद्रों का निर्माण होता है और ठोस माइक्रोस्फीयर के निर्माण के माध्यम से प्रवाह क्षमता (फ्लोएबिलिटी) में महत्वपूर्ण सुधार होता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ हम निर्माण करने, इन्सुलेशन करने और चीजें बनाने के लिए जिन सामग्रियों का उपयोग करते हैं, वे चट्टान के छोटे, चपटे टुकड़ों से बनी होती हैं जो व्यवहार करने से इनकार कर देते हैं। सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में, माइका (अभ्रक) नामक एक खनिज है। इसे प्रकृति के अपने चिपचिपे, पतले ताश के पत्तों के ढेर के रूप में सोचें। हालाँकि ये कार्ड बिजली को गलत जगह कूदने से रोकने के लिए शानदार हैं, लेकिन ये उन मशीनों के लिए एक दुःस्वप्न हैं जिन्हें पाउडर डालने या छिड़कने की आवश्यकता होती है। क्योंकि ये चपटे और चपटे होते हैं, इसलिए ये ढेर में गीली पत्तियों की तरह आपस में चिपक जाते हैं, और सुचारू रूप से बहने से इनकार कर देते हैं। यह उन्हें उच्च-तकनीकी विनिर्माण, जैसे कि 3D प्रिंटिंग या सतहों पर कोटिंग करने में कठिन बनाता है, जहाँ पाउडर की एक स्थिर धारा आवश्यक होती है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से सोचा है: क्या होगा यदि हम इन जिद्दी, चपटे फ्लेक्स को लेकर उन्हें चिकने, लुढ़कने वाले मोतियों में बदल सकें? यदि हम ऐसा कर सके, तो पाउडर रेत की तरह बहेगा, जिससे औद्योगिक प्रक्रियाएं बहुत तेज़ और अधिक विश्वसनीय हो जाएंगी। इस परिवर्तन की कुंजी अत्यधिक गर्मी का उपयोग करने में निहित है—विशेष रूप से, आयनित गैस की एक सुपर-हॉट जेट जिसे प्लाज्मा कहा जाता है—जो चट्टानों को ठंडा होने से पहले उनके आकार को बदलने के लिए पर्याप्त रूप से पिघला देती है।
यह शोध पत्र ठीक उसी रूपांतरण की खोज करता है। शोधकर्ताओं ने प्राकृतिक माइका पाउडर लिया, जो अनिवार्य रूप से छोटे, अनियमित चट्टानी फ्लेक्स का मिश्रण है, और उसे एक शक्तिशाली प्लाज्मा जेट के माध्यम से गुजारा। यह जेट एक ब्रह्मांडीय टॉर्च की तरह कार्य करता है, जो कणों को इतनी तेज़ी से गर्म करता है कि वे पिघल जाते हैं, अपनी जल सामग्री खो देते हैं, और हवा में उड़ते और तुरंत ठंडे होते समय सूक्ष्म गोलों (spheres) का आकार ले लेते हैं। टीम ने पाया कि इस प्रक्रिया ने पाउडर के व्यवहार को पूरी तरह से बदल दिया। मूल माइका एक गुच्छेदार, संभालने में कठिन कचरा था, लेकिन प्लाज्मा-उपचारित संस्करण एक चिकने माइक्रोस्फीयर्स (सूक्ष्म गोलों) का संग्रह बन गया जो बहुत बेहतर तरीके से प्रवाहित हुआ। हालाँकि, इस प्रक्रिया ने केवल आकार ही नहीं बदला; इसने सामग्री की आंतरिक संरचना को मौलिक रूप से बदल दिया। तीव्र गर्मी ने माइका को इसके "संरचनात्मक रूप से बंधे पानी" (क्रिस्टल लैटिस के भीतर फंसे पानी के अणु) से मुक्त कर दिया, जिससे क्रिस्टलीय चट्टान एक कांच जैसे, अमोर्फस (अनाकार) पदार्थ में बदल गई।
शोधकर्ताओं ने परिणामों को बहुत सावधानी से मापा। उन्होंने पाया कि प्राकृतिक माइका पाउडर में एक कण आकार था जहाँ मध्य मान 84.2 µm था, लेकिन प्लाज्मा उपचार के बाद, गोले छोटे थे, जिनका मध्य आकार 36.1 µm था। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि पाउडर के बहने के तरीके में नाटकीय सुधार हुआ। उपचार से पहले, पाउडर का "हौस्नर अनुपात" (Hausne ratio) 1.56 था और "कैर का सूचकांक" (Carr's index) 36 था, जिसे वैज्ञानिक "खराब प्रवाह क्षमता" के रूप में वर्गीकृत करते हैं। प्लाज्मा स्नान के बाद, ये संख्याएँ घटकर क्रमशः 1.22 और 18 हो गईं, जिससे श्रेणी "औसत प्रवाह क्षमता" (fair flowability) में आ गई। यह गीली, चिपचिपी पत्तियों के ढेर को चिकने मोतियों की एक बाल्टी में बदलने जैसा है।
अध्ययन ने सामग्री के भीतर गहराई से भी देखा। सतह पर गैस के चिपकने को मापने वाली एक तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि प्लाज्मा-उपचारित पाउडर का सतह क्षेत्र (surface area) प्राकृतिक पाउडर (0.6187 m²/g) की तुलना में बहुत अधिक (1.7507 m²/g) था। ऐसा इसलिए था क्योंकि पिघलने की प्रक्रिया ने सूक्ष्म छिद्रों का एक परिदृश्य बना दिया, जिससे औसत छिद्र का आकार प्राकृतिक माइका के 17.2 nm से घटकर उपचारित संस्करण में केवल 5.6 nm रह गया। जबकि प्राकृतिक माइका मुख्य रूप से मस्कोवाइट नामक एक क्रिस्टलीय खनिज से बना था, प्लाज्मा-उपचारित संस्करण 93% अमोर्फस (कांच जैसा) था, जिसमें मूल क्रिस्टल संरचना का केवल एक छोटा सा हिस्सा शेष था।
सबसे दिलचस्प निष्कर्षों में से एक नए गोलों की रासायनिक संरचना से संबंधित था। शोधकर्ताओं ने देखा कि जब माइका पिघला, तो कुछ तत्व हवा में निकल गए जबकि अन्य पीछे रह गए। उन्होंने ऑक्साइडों (रासायनिक यौगिकों) को देखकर इसका पता लगाया जो चट्टान के निर्माण करते हैं। उन्होंने एक स्पष्ट पैटर्न पाया: एल्युमीनियम और मैग्नीशियम जैसे उच्च गलनांक वाले तत्व गोलों में रहे, जबकि पोटेशियम जैसे कम गलनांक वाले तत्व अधिक आसानी से वाष्पित हो गए। उदाहरण के लिए, पोटेशियम की मात्रा में काफी गिरावट आई, जबकि सिलिकॉन और एल्युमीनियम की मात्रा अपेक्षाकृत स्थिर रही। लेखक सुझाव देते हैं कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्लाज्मा जेट इतना गर्म होता है और शीतलन इतना तेज़ होता है कि सामग्री के पास एक पूर्ण क्रिस्टल में बसने का समय नहीं होता; इसके बजाय, यह एक अव्यवस्थित, कांच जैसी अवस्था में जम जाता है।
शोध पत्र इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि हालांकि प्रवाह क्षमता में काफी सुधार हुआ, लेकिन यह पूर्ण नहीं था। उपचारित पाउडर में अभी भी कुछ छोटे, अत्यंत सूक्ष्म कण बड़े गोलों से चिपके हुए थे, जिसने इसके प्रवाह को बिल्कुल आदर्श होने से रोक दिया। हालाँकि, एक गुच्छेदार, चपटे पाउडर से एक चिकने, कांच जैसे, गोलाकार पाउडर में परिवर्तन एक बड़ी प्रगति है। अध्ययन पुष्टि करता है कि प्लाज्मा प्रसंस्करण माइका को निर्जलित (dehydrate) करने और नया आकार देने में प्रभावी ढंग से सक्षम है, जिससे एक ऐसी सामग्री बनती है जो प्लाज्मा स्प्रेइंग और 3D प्रिंटिंग जैसे उन्नत औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत अधिक उपयुक्त है, बशर्ते हम उन छोटे चिपचिपे गुच्छों को प्रबंधित कर सकें। शोधकर्ताओं ने यह दावा नहीं किया कि यह सभी समस्याओं के लिए अंतिम समाधान है, बल्कि यह एक मजबूत प्रदर्शन है कि प्लाज्मा जेट में माइका को पिघलाना एक मौलिक रूप से भिन्न, और अधिक उपयोगी सामग्री बनाता है।
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