Co-Substituted Ni–Zn Ferrite Reinforced PVA Nanocomposites as High-Performance Electromagnetic Wave Absorbers in the X-Band Region
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि सोल-जेल विधि के माध्यम से संश्लेषित और पीवीए (PVA) नैनोकम्पोजिट फिल्मों में सम्मिलित को-प्रतिस्थापित (Co-substituted) Ni-Zn फेराइट नैनोकणों में उन्नत विद्युत चालकता और एक्स-बैंड (X-band) में असाधारण विद्युत चुम्बकीय तरंग अवशोषण प्रदर्शित होता है, जिसमें परावर्तन हानि (reflection loss) -45.33 dB तक पहुँच जाती है, जो उन्हें 5G-संबंधित ईएमआई (EMI) शील्डिंग अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक प्रभावी बनाती है।
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हमारे आधुनिक उपकरणों के चारों ओर व्याप्त अदृश्य दुनिया में, विद्युत चुम्बकीय तरंगें वाई-फाई संकेतों से लेकर हमारे फोन को जोड़े रखने वाले डेटा तक सब कुछ ले जाती हैं। हालांकि ये तरंगें संचार के लिए आवश्यक हैं, लेकिन जब ये सतहों से टकराकर अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स में हस्तक्षेप करती हैं, तो ये एक समस्या बन सकती हैं, जिसे विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस) के रूप में जाना जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिक ऐसे पदार्थों की तलाश करते हैं जो स्पंज की तरह काम कर सकें, यानी इन भटकती तरंगों को परेशानी पैदा करने से पहले सोख सकें। इस काम के लिए सामग्रियों का एक आशाजनक परिवार 'फेराइट्स' है, जो लोहे को निकल, जिंक और कोबाल्ट जैसी अन्य धातुओं के साथ मिलाकर बनाए गए सिरेमिक यौगिक हैं। ये सामग्रियां स्वाभाविक रूप से चुंबकीय होती हैं और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के साथ परस्पर क्रिया कर सकती हैं, लेकिन इनका प्रदर्शन काफी हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि उनके परमाणुओं की व्यवस्था कैसी है और उनके कण कितने छोटे हैं। इन सामग्रियों को नैनोस्केल तक छोटा करके और इन्हें लचीले प्लास्टिक में मिलाकर, शोधकर्ता हल्के वजन वाले कवच बनाने की उम्मीद करते हैं जो बिना अतिरिक्त भार या भारीपन जोड़े संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा कर सकें।
बनासस्थली विश्वविद्यालय, भारत के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नए प्रकार के नैनोकम्पोजिट को बनाकर इस दृष्टिकोण को परिष्कृत करने का लक्ष्य रखा। उन्होंने 'सोल-जेल' नामक एक रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करके कोबाल्ट, निकल और जिंक फेराइट्स के एक विशिष्ट मिश्रण को संश्लेषित करके शुरुआत की, जो परमाणु स्तर पर सामग्री की संरचना पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है। कोबाल्ट की मात्रा को व्यवस्थित रूप से बदलकर, उन्होंने नमूनों की एक श्रृंखला बनाई ताकि यह देखा जा सके कि यह एकल परिवर्तन सामग्री के गुणों को कैसे बदलता है। उनके विश्लेषण ने पुष्टि की कि उन्होंने प्रत्येक नमूने में सफलतापूर्वक एक शुद्ध, एकल-चरण क्रिस्टल संरचना बनाई थी, जिसमें कण इतने छोटे थे कि वे केवल कुछ नैनोमीटर के व्यास के थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि जैसे-जैसे उन्होंने कोबाल्ट की मात्रा बढ़ाई, सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना बदल गई, जिससे सामग्री के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा काफी कम हो गई। इस बदलाव ने सामग्री को अधिक सुचालक बना दिया और इसके प्रकाश के साथ होने वाली अंतःक्रिया को बदल दिया, जिससे पता चलता है कि कोबाल्ट सफलतापूर्वक फेराइट के आंतरिक परिदृश्य को संशोधित कर रहा था।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या ये संशोधित सामग्रियां वास्तव में इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा कर सकती हैं, टीम ने फेराइट नैनोकणों को पॉलीविनाइल अल्कोहल से बनी एक लचीली प्लास्टिक फिल्म में मिलाया। फिर उन्होंने इन फिल्मों को एक्स-बैंड फ्रीक्वेंसी रेंज के भीतर एक कठोर परीक्षण के अधीन किया, जो स्पेक्ट्रम का वह विशिष्ट हिस्सा है जिसका उपयोग कई रडार प्रणालियों और 5G संचार नेटवर्क द्वारा किया जाता है। परिणाम आश्चर्यजनक थे। हालांकि सभी नमूनों ने विद्युत चुम्बकीय तरंगों को रोकने की कुछ क्षमता दिखाई, लेकिन प्रदर्शन कोबाल्ट की मात्रा के आधार पर भिन्न था। मध्यम मात्रा में कोबाल्ट वाले नमूने ने अच्छा प्रदर्शन किया, लेकिन उच्च कोबाल्ट सांद्रता वाले नमूने कहीं अधिक प्रभावी साबित हुए। एक विशिष्ट संरचना, जिसमें कोबाल्ट का उच्च अनुपात था, ने तरंगों को अवशोषित करने की असाधारण क्षमता प्रदर्शित की, जिससे सिग्नल की शक्ति लगभग छियालीस डेसिबल कम हो गई। अवशोषण का यह स्तर बताता है कि सामग्री न केवल तरंगों को दूर परावर्तित कर रही है, बल्कि सक्रिय रूप से ऊर्जा को निगल रही है और उसे नष्ट कर रही है, जो एक उच्च-प्रदर्शन वाले कवच के लिए आदर्श व्यवहार है।
यह अध्ययन पुष्टि करता है कि निकल-जिंक फेराइट्स को कोबाल्ट के साथ सावधानीपूर्वक रासायनिक नुस्खे को ट्यून करके, एक ऐसी सामग्री बनाना संभव है जो संरचनात्मक रूप से स्थिर और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को प्रबंधित करने में अत्यधिक प्रभावी है। शोध सुझाव देता है कि ये लचीली, कोबाल्ट-वर्धित फिल्में आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा के लिए एक व्यावहारिक समाधान के रूप में कार्य कर सकती हैं, जो बढ़ते भीड़भाड़ वाले विद्युत चुम्बकीय वातावरण में उपकरणों को सुचारू रूप से चलाने का एक तरीका प्रदान करती हैं। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि इस क्षमता को अनलॉक करने की कुंजी सामग्री की संरचना पर सटीक नियंत्रण में निहित है, जो एक मानक चुंबकीय सिरेमिक को डिजिटल दुनिया की रक्षा करने वाले एक परिष्कृत उपकरण में बदल देती है।
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