Flexible FeCo@(SiO2/C) hybrid nanofibers with hierarchical interfaces for microwave absorption and ablation-resistant property
यह अध्ययन पदानुक्रमित इंटरफेस वाले लचीले FeCo@(SiO₂/C) हाइब्रिड नैनोफाइबर्स प्रस्तुत करता है जो सहक्रियात्मक रूप से उच्च-प्रदर्शन माइक्रोवेव अवशोषण और असाधारण एब्लेशन प्रतिरोध प्राप्त करते हैं, जो उन्हें अत्यधिक उच्च-तापमान वातावरण में पहनने योग्य विद्युत चुम्बकीय सुरक्षा के लिए आदर्श बनाता है।
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हमारे चारों ओर रेडियो तरंगों और वाई-फाई संकेतों के उस अदृश्य महासागर की कल्पना करें जो हमें घेरे हुए है। हालाँकि ये तरंगें हमारे फोन को काम करने लायक बनाती हैं और हमारे इंटरनेट की गति बढ़ाती हैं, लेकिन बहुत अधिक तरंगों का इधर-उधर टकराना "इलेक्ट्रॉनिक शोर" पैदा कर सकता है, जिससे उपकरण खराब हो सकते हैं और यहाँ तक कि निजी जानकारी भी लीक हो सकती है। वैज्ञानिक इन तरंगों को सोखने के लिए विशेष "स्पंज" बनाने की कोशिश कर रहे हैं ताकि वे समस्या पैदा करने से पहले ही उन्हें सोख लें। लेकिन यहाँ एक पेंच है: अधिकांश स्पंज भारी, भंगुर होते हैं, या अत्यधिक गर्मी होने पर टूट जाते हैं। यह खुद को सूरज से बचाने के लिए एक भारी, सख्त सीसे (lead) के जैकेट को पहनने जैसा है; यह काम तो करता है, लेकिन यह असुविधाजनक और अव्यवहारिक है। असली चुनौती एक ऐसा पदार्थ बनाने की है जो हल्का हो, एक शर्ट की तरह मुड़ने के लिए पर्याप्त लचीला हो, और आग में जीवित रहने के लिए पर्याप्त मजबूत हो, और साथ ही विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए एक सुपर-कुशल वैक्यूम क्लीनर की तरह काम करे।
इस अध्ययन में, यूनिवर्सिटी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑफ चाइना के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नए प्रकार के "नैनोफाइबर स्पंज" का निर्माण करके इस समस्या से निपटने का निर्णय लिया। उन्होंने केवल यादृच्छिक सामग्री को मिश्रित नहीं किया; उन्होंने मानव बाल से भी पतले फाइबर के भीतर एक सूक्ष्म, तीन-परतीय सैंडविच को इंजीनियर किया। इसका कोर (core) एक चुंबकीय धातु मिश्र धातु (FeCo) से बना है जो तरंगों के साथ परस्पर क्रिया करना पसंद करता है, जिसे कांच जैसी सिलिका (SiO2) की सुरक्षात्मक परत में लपेटा गया है, और यह सब एक प्रवाहकीय कार्बन नेटवर्क द्वारा थामे रखा गया है। इसे एक सूक्ष्म जंगल के रूप में सोचें जहाँ पेड़ चुंबकीय हैं, छाल कांच की है, और जड़ें कार्बन की हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह विशिष्ट संयोजन एक "पदानुक्रमित इंटरफ़ेस" (hierarchical interface) बनाता है—जो एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि विभिन्न परतें एक अराजक, ऊबड़-खाबड़ रास्ता बनाती हैं जो तरंगों को फँसा लेती हैं, उनकी गति को धीमा कर देती हैं, और उनकी ऊर्जा को हानिरहित ऊष्मा में बदल देती हैं।
परिणाम काफी प्रभावशाली हैं। जब उन्होंने अपनी नई लचीली फिल्म का परीक्षण किया, तो इसने माइक्रोवेव ऊर्जा की एक विशाल मात्रा को अवशोषित किया। केवल 2.5 मिमी की मोटाई पर, इस सामग्री ने न्यूनतम परावर्तन हानि (reflection loss) −56.25 dB प्राप्त की। इसे समझने के लिए, इसका अर्थ यह है कि इसने अपने सर्वोत्तम आवृत्ति पर टकराने वाली तरंगों का 99.9999% अवशोषित कर लिया, जो मौजूदा सामग्रियों की तुलना में एक बड़ी छलांग है। इसने 5.3 GHz की प्रभावी अवशोषण बैंडविड्थ के साथ आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला को भी कवर किया। लेकिन जादू केवल तरंगों को अवशोषित करने तक ही सीमित नहीं था। टीम ने दिखाया कि यह सामग्री अविश्वसनीय रूप से मजबूत है। जब उन्होंने फिल्म को बार-बार मोड़ा, तो यह नहीं टूटी या चटक गई। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक रूप से, जब उन्होंने सामग्री के सीधे संपर्क में 180 सेकंड के लिए अल्कोहल लैंप की लौ पकड़ी, तो यह जली या पिघली नहीं; इसने बस गर्मी का प्रतिरोध किया, जो इसके "एब्लेशन-प्रतिरोधी" (ablation-resistant) स्वभाव को सिद्ध करता है।
शोध पत्र सुझाव देता है कि यह स्थायित्व सिलिका शेल के कारण आता है जो एक ढाल के रूप में कार्य करता है, चुंबकीय धातु कोर को जंग लगने और जलने से बचाता है, जबकि कार्बन नेटवर्क ऊर्जा को नष्ट करने के लिए बिजली का संचालन करने में मदद करता है। कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि यह सामग्री किसी वस्तु के "रडार क्रॉस-सेक्शन" को महत्वपूर्ण रूप से कम कर सकती है, जिससे वस्तु को रडार द्वारा पहचानना बहुत कठिन हो जाता है—उनके परीक्षणों में रडार सिग्नेचर को 11.75 dB·m² से घटाकर 4.15 dB·m² कर दिया। जबकि यह अध्ययन लैब परीक्षणों और सिमुलेशन के माध्यम से इन गुणों की पुष्टि करता है, लेखक इसे आज बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तैयार एक पूर्ण उत्पाद के रूप में दावा करने के बजाय, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और सुरक्षात्मक कोटिंग्स बनाने की दिशा में एक आशाजनक कदम के रूप में प्रस्तुत करते हैं। चुंबकीय शक्ति, विद्युत चालकता और अग्नि प्रतिरोध को एक एकल, लचीले फाइबर में जोड़कर, यह शोध ऐसे सामग्रियाँ बनाने के लिए एक नया ब्लूप्रिंट प्रदान करता है जो सबसे कठोर वातावरण में जीवित रह सकें और हमारी डिजिटल दुनिया को शांत और सुरक्षित रख सकें।
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