Extrusion-induced topological evolution mediated polymer-based flexible full-color circularly polarized luminescent materials towards 3D printing
यह अध्ययन लचीले, पूर्ण-रंगीन गोलाकार ध्रुवीकृत दीप्तिमान (circularly polarized luminescent) पदार्थों के निर्माण के लिए काइरल माइक्रो-क्रॉसलिंक्ड डबल-नेटवर्क्स और एक्सट्रूज़न-प्रेरित टोपोलॉजिकल विकास को संयोजित करने वाली एक रणनीति प्रस्तुत करता है, जो ट्यूनेबल मैकेनिक्स और 3D प्रिंटेबिलिटी को सक्षम बनाता है, जिससे जटिल काइरोप्टिकल उपकरणों का स्वचालित निर्माण संभव हो पाता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ आपकी स्मार्टवॉच की स्क्रीन या आपकी कार के डिस्प्ले मुड़ सकें, खिंच सकें और बिना टूटे आपकी कलाई के चारों ओर लिपट सकें, फिर भी वे छवियों को एक विशेष प्रकार की गहराई के साथ प्रदर्शित कर सकें जिससे 3D फिल्में वास्तविक लगें। यह लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स (flexible electronics) का वादा है, लेकिन एक बड़ी बाधा हमेशा इसके सामग्रियां ही रही हैं। अधिकांश सामग्रियां जो इन विशेष 3D छवियों को बना सकती हैं, या तो मुड़ने के लिए बहुत भंगुर (brittle) होती हैं या आकार बनाए रखने के लिए बहुत तरल होती हैं। उन्हें अक्सर कठोर कंटेनरों या जटिल रासायनिक सेटअपों की आवश्यकता होती है जो उन्हें कस्टम आकारों में प्रिंट करना असंभव बना देते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसे पदार्थ की तलाश में रहे हैं जो मानव शरीर के साथ हिलने के लिए पर्याप्त कोमल हो, लेकिन जटिल डिजाइनों में ढलने के लिए पर्याप्त मजबूत हो, और साथ ही एक विशिष्ट दिशा में घूमने वाले प्रकाश को उत्सर्जित करने की क्षमता बनाए रखे, जिसे 'सर्कुलरली पोलराइज्ड ल्यूमिनेसेंस' (circularly polarized luminescence) नामक गुण कहा जाता है।
एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने रसायन विज्ञान और भौतिकी के एक चतुर संयोजन का उपयोग करके ऐसा पदार्थ बनाने का तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक जेल जैसा पदार्थ बनाया जो स्थिर रहने पर एक गाढ़े पेस्ट की तरह व्यवहार करता है लेकिन ट्यूब से दबाने पर सुचारू रूप से बहता है। एक बार दबाए जाने के बाद, यह पेस्ट तुरंत एक ठोस, लचीली संरचना में बदल जाता है जो जीवंत रंगों के साथ चमकता है। इस परिवर्तन की कुंजी इस बात में निहित है कि जब जेल को एक संकीर्ण छिद्र से गुजारा जाता है, तो उसके भीतर के अणु खुद को कैसे पुनर्गठित करते हैं। सिरिंज के माध्यम से जेल को धकेल कर, शोधकर्ताओं ने सामग्री की आंतरिक संरचना में एक परिवर्तन को प्रेरित किया, जिससे लंबी आणविक श्रृंखलाएं एक पंक्ति में आ गईं और आपस में जुड़ गईं। इस प्रक्रिया ने न केवल जेल को बहुत मजबूत और अधिक खिंचाव योग्य बनाया, बल्कि इसके प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता को भी बढ़ाया, जिससे रंग अधिक चमकीले और स्पष्ट हो गए।
टीम ने एक विशिष्ट प्रकार के प्लास्टिक अणु को डिजाइन करके शुरुआत की जिसके किनारों पर छोटे हुक थे। उन्होंने इन अणुओं को एक दूसरे प्रकार के प्लास्टिक और एक 'कायरल' (chiral) पदार्थ के साथ मिलाया, जो एक ऐसा पदार्थ है जिसमें बाएं या दाएं दस्ताने की तरह एक "हाथ की बनावट" (handedness) होती है। इस मिश्रण ने एक 'प्रिकर्सर जेल' बनाया जो इतना कोमल और तरल था कि उसे सिरिंज से धकेला जा सके। जब शोधकर्ताओं ने इस जेल को निकाला (extruded), तो दबाने के भौतिक बल ने उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया। इसने आणविक श्रृंखलाओं को एक विशिष्ट दिशा में व्यवस्थित होने और नए, मजबूत संबंध बनाने के लिए प्रेरित किया। यह घटना, जिसे लेखकों ने 'एक्सट्रूज़न-इंड्यूस्ड टोपोलॉजिकल इवोल्यूशन' (extrusion-induced topological evolution) कहा है, ने उस कमजोर, नरम जेल को एक मजबूत, स्वयं-सहायक सामग्री में बदल दिया। परिणाम स्वरूप एक ऐसा जेल प्राप्त हुआ जिसे बिना टूटे अपने मूल आकार से तीन गुना से अधिक तक खींचा जा सकता था, फिर भी इसने तीव्र, सर्कुलरली पोलराइज्ड प्रकाश के साथ चमकने की अपनी क्षमता बनाए रखी।
यह खोज विशेष रूप से रोमांचक है क्योंकि शोधकर्ता इस सामग्री को रंगों के पूर्ण स्पेक्ट्रम को उत्पन्न करने के लिए अनुकूलित करने में सक्षम थे। मुख्य प्लास्टिक अणुओं की रासायनिक संरचना में थोड़ा बदलाव करके, उन्होंने ऐसे संस्करण बनाए जो नीले, हरे और लाल रंग में चमकते थे। उन्होंने इन विभिन्न रंगों के जेलों को एक साथ मिलाकर एक ऐसा पदार्थ भी बनाया जो चमकीले, शुद्ध सफेद प्रकाश को उत्सर्जित करता था। यह बहुमुखी प्रतिभा बताती है कि इसी बुनियादी विधि का उपयोग दृश्य प्रभावों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने के लिए किया जा सकता है। टीम ने प्रदर्शित किया कि इन जेलों का उपयोग 3D प्रिंटर में स्याही के रूप में किया जा सकता है। बिना किसी अतिरिक्त बाइंडिंग एजेंट या सहायक संरचना की आवश्यकता के, जेल को जटिल, बहु-रंगीन वस्तुओं को बनाने के लिए परत दर परत प्रिंट किया जा सकता था। प्रिंट की गई आकृतियों ने अपना रूप बनाए रखा, उन्हें मोड़ा और घुमाया जा सकता था, और वे अपने विशिष्ट रंगों और प्रकाश-घूमने वाले गुणों के साथ चमकते रहे।
अध्ययन ने यह भी दिखाया कि इन जेलों के गुणों को प्रिंट करने के बाद भी सूक्ष्म रूप से बदला जा सकता है। प्रिंट की गई वस्तुओं को प्रकाश और एक माध्यमिक रासायनिक एजेंट के संपर्क में लाकर, शोधकर्ता अंतिम उत्पाद की जरूरतों के आधार पर सामग्री को अधिक सख्त या अधिक लचीला बना सकते थे। नियंत्रण का यह स्तर सुझाव देता है कि इन सामग्रियों का उपयोग त्वचा के अनुरूप पहनने योग्य उपकरणों (wearable devices), रोल किए जा सकने वाले लचीले डिस्प्ले, या यहां तक कि उन्नत सुरक्षा लेबल बनाने के लिए किया जा सकता है जिन्हें कॉपी करना असंभव है। इन सामग्रियों को सीधे जटिल आकारों में प्रिंट करने की क्षमता बड़े पैमाने पर सॉफ्ट, कायरल ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण का मार्ग प्रशस्त करती है, जो हमें एक ऐसे भविष्य के करीब ले जाती है जहाँ हमारे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण मानव शरीर की तरह लचीले और अनुकूलन योग्य होंगे।
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