Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि यार्न, गाँठ और नेट के स्तरों पर सामग्री के प्रदर्शन रैंकिंग बदल जाती है, विशिष्ट पादप-आधारित और हाइब्रिड यार्न सिस्टम (विशेष रूप से PALF/PALF) पारंपरिक पॉलिएस्टर की तुलना में कम-स्थायित्व वाले, बायोडिग्रेडेबल मछली पकड़ने के जालों को विकसित करने के लिए आशाजनक यांत्रिक प्रतिस्पर्धात्मकता प्रदान करते हैं।
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महासागर वर्तमान में एक शांत, निरंतर प्रदूषण के रूप में दम तोड़ रहा है: छोड़े गए मछली पकड़ने के उपकरण। जब जाल, ट्रैप और डोरियां समुद्र में खो जाती हैं, तो वे केवल गायब नहीं हो जातीं। इसके बजाय, वे वर्षों तक तैरती रहती हैं, और मछलियों, कछुओं और समुद्री पक्षियों को फंसाना जारी रखती हैं, जिसे 'घोस्ट फिशिंग' (ghost fishing) के रूप में जाना जाता है। दशकों से, इस समस्या का समाधान कपास या सन जैसे प्राकृतिक रेशों को नायलॉन या पॉलिएस्टर जैसे सिंथेटिक प्लास्टिक से बदलना रहा है। ये मानव निर्मित सामग्रियां अविश्वसनीय रूप से मजबूत हैं और सड़ने का विरोध करती हैं, जो एक मछुआरे के जाल के लिए तो उत्कृष्ट है लेकिन उपकरण खो जाने की स्थिति में पर्यावरण के लिए विनाशकारी है। इनकी यही मजबूती, जो इन्हें उपयोगी बनाती है, साथ ही यह भी सुनिश्चित करती है कि ये सदियों तक समुद्र में टिकी रहें, माइक्रोप्लास्टिक्स में टूटें और समुद्री जीवन को नुकसान पहुँचाना जारी रखें। वैज्ञानिक अब एक मध्य मार्ग की तलाश कर रहे हैं: ऐसी सामग्रियां जो मछली पकड़ने के लिए पर्याप्त मजबूत हों लेकिन यदि खो जाएं तो जैव-अपघटनीय (biodegradable) होकर समाप्त हो सकें। चुनौती ऐसे पौधों पर आधारित रेशों को खोजने में है जो प्लास्टिक की मजबूती का मुकाबला कर सकें बिना उपयोग के दौरान बहुत जल्दी टूट जाए।
हांगकांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विचार का परीक्षण करने के लिए पौधे के रेशों से बने मछली पकड़ने के जाल बनाने और उन्हें तोड़ने का लक्ष्य लेकर काम शुरू किया। उन्होंने दो विशिष्ट प्राकृतिक सामग्रियों पर ध्यान केंद्रित किया: अनानास के पत्ते का रेशा (एक फल उद्योग का उपोत्पाद) और सन (एक पारंपरिक कपड़ा फसल)। यह देखने के लिए कि ये सामग्रियां वास्तविक दुनिया में कैसे टिकेंगी, शोधकर्ताओं ने केवल धागे के एक साधारण तंतु का परीक्षण नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने सामग्रियों का तीन अलग-अलग स्तरों की जटिलता पर परीक्षण किया, जो एक साधारण घुमावदार सूत (twisted yarn) से शुरू होकर, एक गांठ वाले हिस्से और अंत में एक पूर्ण जाल पैनल तक गया। उन्होंने इन पादप-आधारित विकल्पों की तुलना मानक पॉलिएस्टर और दोनों के विभिन्न मिश्रणों से की। इसका लक्ष्य यह समझना था कि जब रेशों को घुमाया जाता है, गांठ लगाई जाती है और जाल में बुना जाता है, तो उनकी मजबूती कैसे बदलती है, क्योंकि एक सामग्री जो मेज पर मजबूत होती है, वह तनाव के तहत एक जटिल संरचना का हिस्सा होने पर बहुत अलग व्यवहार कर सकती है।
शोधकर्ताओं ने इन रेशों के धागों को आपस में घुमाकर टू-प्लाई (two-ply) सूत बनाना शुरू किया, और विभिन्न स्तरों की कसावट पर उनका परीक्षण किया ताकि उस सटीक बिंदु का पता लगाया जा सके जहाँ सामग्री सबसे मजबूत हो। उन्होंने पाया कि धागे के घुमाव और उसकी मजबूती के बीच का संबंध हर सामग्री के लिए एक समान नहीं है। अनानास के पत्ते के रेशे के लिए, सूत एक विशिष्ट मध्यम स्तर तक घुमाने पर काफी मजबूत हो गया, लेकिन यदि इसे बहुत अधिक कसकर घुमाया गया, तो यह वास्तव में कमजोर हो गया। इसके विपरीत, पॉलिएस्टर के धागे घुमाव बढ़ने के साथ केवल अधिक खिंचाव वाले होते गए। डेटा का विश्लेषण करके, टीम ने निर्धारित किया कि एक विशिष्ट घुमाव स्तर सभी परीक्षण की गई सामग्रियों के लिए मजबूती और लचीलेपन का सबसे अच्छा संतुलन प्रदान करता है, जो जाल बनाने के लिए आदर्श स्थिति है। उन्होंने रेशों को समुद्री जल के संपर्क में भी लाया ताकि यह देखा जा सके कि वे कैसे नष्ट होते हैं। परिणाम स्पष्ट थे: पॉलिएस्टर काफी हद तक अपरिवर्तित रहा, जबकि सन और अनानास के रेशों ने दरारें और छिलते हुए सतहों सहित क्षय के दृश्य संकेत दिखाए, जिससे पुष्टि हुई कि पादप सामग्रियां वास्तव में समुद्री वातावरण के प्रति संवेदनशील हैं।
इसके बाद, टीम ने गांठ की ओर बढ़ाया, जो किसी भी मछली पकड़ने के जाल का सबसे महत्वपूर्ण विफलता बिंदु होता है। जब जाल को खींचा जाता है, तो गांठें कस जाती हैं और पूरे बल को झेलती हैं। शोधकर्ताओं ने 'डबल वीवर्स नॉट' (double weaver's knots) बांधी, जो मछली पकड़ने में इस्तेमाल होने वाला एक मानक प्रकार है, और उन्हें टूटने तक खींचा। यहाँ, सामग्रियों का प्रदर्शन आश्चर्यजनक तरीकों से बदला। शुद्ध अनानास फाइबर का सूत टूटने से पहले उच्चतम पूर्ण भार सहन कर सका, यहाँ तक कि इसने इस विशिष्ट परीक्षण में पॉलिएस्टर को भी पीछे छोड़ दिया। हालांकि, पॉलिएस्टर-आधारित मिश्रण गांठ बांधने के बाद अपनी मूल मजबूती बनाए रखने में बेहतर थे। शुद्ध सन का सूत सबसे खराब प्रदर्शन करने वाला रहा, जिसने गांठ लगने के बाद अपनी आधी से अधिक मजबूती खो दी। इस निष्कर्ष ने एक महत्वपूर्ण सबक दिया: एक सामग्री जो अपने आप में मजबूत है, वह आवश्यक रूप से एक मजबूत गांठ नहीं बनाती है। अनानास के रेशों की खुरदरी सतह ने उन्हें गांठ के भीतर एक-दूसरे को कसकर पकड़ने में मदद की, जिससे संरचना तुरंत टूटने के बजाय खुद को पुनर्गठित और कस सकी, जबकि चिकने सन के रेशे फिसल गए और जल्दी विफल हो गए।
अंत में, शोधकर्ताओं ने इन धागों को छोटे जाल पैनलों में असेंबल किया ताकि यह देखा जा सके कि पूरी संरचना भार के तहत कैसे व्यवहार करती है। उन्होंने कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके छोटे छिद्रों वाले जालों की तुलना बड़े छिद्रों वाले जालों से की, जिससे पता चला कि बड़े छिद्रों वाले जाल आम तौर पर तनाव को अधिक समान रूप से वितरित करते हैं और विफल होने से पहले अधिक भार सहन कर सकते हैं। जब उन्होंने भौतिक जालों का परीक्षण किया, तो शुद्ध अनानास फाइबर का जाल सबसे मजबूत साबित हुआ, जिसने टूटने से पहले उच्चतम बल सहन किया। यह पूरे जाल में भार को खींचने और उसे पुनर्वितरित करने में सक्षम था, जिससे किसी एक बिंदु के बहुत जल्दी विफल होने से रोका जा सका। पॉलिएस्टर का जाल भी बहुत मजबूत था, हालांकि यह अपनी सीमा तक थोड़ा तेजी से पहुँचा। सन का जाल, अपने बहुत ही समान खिंचाव के बावजूद, बहुत कम भार पर विफल हो गया। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि जबकि पॉलिएस्टर स्थायित्व और खिंचाव के लिए एक बेंचमार्क बना हुआ है, पूरी तरह से पादप-आधारित अनानास फाइबर प्रणाली एक यांत्रिक रूप से प्रतिस्पर्धी विकल्प है। यह सुझाव देता है कि सही डिजाइन के साथ, मछली पकड़ने के जाल नवीकरणीय संसाधनों से बनाए जा सकते हैं जो काम करने के लिए पर्याप्त मजबूत हैं लेकिन समुद्र में खो जाने पर गायब होने के लिए पर्याप्त कोमल हैं, जो महासागर के प्लास्टिक बोझ को कम करने की दिशा में एक आशाजनक मार्ग प्रदान करते हैं।
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