CoNi-Decorated Biomass-Derived Carbon with Synergistic Dielectric-Magnetic Loss for High-Performance Electromagnetic Wave Absorption
यह अध्ययन एक हाइड्रोथर्मल और थर्मल रिडक्शन दृष्टिकोण के माध्यम से बायोमास-व्युत्पन्न कार्बन कंपोजिट के कोबाल्ट-निकल (CoNi) सजावट वाले संश्लेषण की रिपोर्ट करता है, जो सहक्रियात्मक डाइइलेक्ट्रिक-मैग्नेटिक लॉस तंत्र के माध्यम से उच्च प्रदर्शन वाला इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वेव अवशोषण प्राप्त करते हैं, जिससे 1.9 मिमी की पतली मोटाई पर -50.17 dB का न्यूनतम रिफ्लेक्शन लॉस और 5.01 GHz का प्रभावी बैंडविड्थ प्राप्त होता है।
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आधुनिक दुनिया में, अदृश्य तरंगें हमारी बातचीत, हमारे डेटा और हमारे संकेतों को ले जाती हैं। ये विद्युत चुम्बकीय तरंगें वायरलेस संचार का जीवन रक्त हैं, फिर भी इनकी अत्यधिक प्रचुरता ने एक नए प्रकार का प्रदूषण पैदा कर दिया है। जब ये तरंगें इमारतों से टकराती हैं, चिकित्सा उपकरणों के साथ हस्तक्षेप करती हैं, या संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को बाधित करती हैं, तो वे विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस) का कारण बनती हैं। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिक लंबे समय से ऐसे पदार्थों की तलाश कर रहे हैं जो स्पंज की तरह काम कर सकें, इन तरंगों को निगल सकें और उनकी ऊर्जा को परेशानी पैदा करने से पहले हानिरहित ऊष्मा में बदल सकें। इस काम के लिए आदर्श सामग्री इतनी हल्की होनी चाहिए कि उसे ले जाया जा सके, इतनी पतली होनी चाहिए कि फिट हो सके, और आवृत्तियों (फ्रीक्वेंसी) की एक विस्तृत श्रृंखला को सोखने में सक्षम होनी चाहिए। वर्षों से, शोधकर्ता कार्बन की ओर देख रहे हैं, जो एक हल्का और बहुमुखी तत्व है, और इन अवशोषकों के लिए एक आशाजनक आधार है। हालाँकि, शुद्ध कार्बन अक्सर तरंगों को प्रभावी ढंग से रोकने में संघर्ष करता है क्योंकि इसमें उन गुणों का सही संतुलन नहीं होता जो तरंगों को सामग्री के भीतर प्रवेश करने और फिर उन्हें अंदर फँसाने में मदद करें।
गुइलिन यूनिवर्सिटी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने कार्बन को एक विशिष्ट प्रकार की धातु मिश्र धातु (मेटल अलॉय) के साथ मिलाकर इस सीमा को पार करने का एक तरीका खोज लिया है, जिससे एक ऐसी सामग्री तैयार हुई है जो हल्की भी है और हस्तक्षेप को रोकने में असाधारण रूप से शक्तिशाली भी है। उन्होंने एक सामान्य, तेजी से बढ़ने वाले पौधे से शुरुआत की जिसे 'जायंट रीड' (giant reed) के रूप में जाना जाता है, जो एक आक्रामक प्रजाति है जिसे दुनिया के कई हिस्सों में अक्सर एक समस्या माना जाता है। इस पौधे को एक छिद्रपूर्ण कार्बन ढांचे (पोरस कार्बन स्कैफोल्ड) में बदलकर और फिर इसे कोबाल्ट-निकल मिश्र धातु के सूक्ष्म कणों से सजाकर, उन्होंने एक ऐसी मिश्रित सामग्री बनाई जो मौजूदा समाधानों में से कई से बेहतर प्रदर्शन करती है। उनकी सफलता की कुंजी इन दो घटकों के बीच संतुलन बनाने में निहित है। कार्बन एक ऐसा ढांचा प्रदान करता है जो तरंगों को प्रवेश करने की अनुमति देता है, जबकि इसके भीतर मौजूद चुंबकीय धातु के कण एंकर (लंगर) के रूप में कार्य करते हैं जो ऊर्जा को पकड़ते हैं और उसे नष्ट कर देते हैं। यह संयोजन एक सहक्रियात्मक प्रभाव (सिनर्जिस्टिक इफेक्ट) पैदा करता है जहाँ संपूर्ण इकाई अपने व्यक्तिगत भागों के योग से कहीं अधिक प्रभावी होती है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले जायंट रीड को साफ और सुखाया, उसे बारीक पाउडर में पीसा, और इसे एक काले, छिद्रपूर्ण कार्बन सामग्री में बदलने के लिए एक नियंत्रित वातावरण में गर्म किया। यह कार्बन एक स्पंज की तरह कार्य करता है, जो सूक्ष्म छिद्रों और चैनलों से भरा होता है। इसके बाद, उन्होंने इस कार्बन को कोबाल्ट और निकल युक्त रासायनिक घोलों के साथ मिलाया, जिससे धातु के आयनों को कार्बन की सतह पर जमने का अवसर मिला। तापन और रासायनिक अपचयन (केमिकल रिडक्शन) की एक प्रक्रिया के माध्यम से, ये आयन ठोस धातु नैनोकणों में बदल गए जो कार्बन संरचना से मजबूती से जुड़े हुए हैं। टीम ने इस मिश्रण के कई विविधताओं का परीक्षण किया, जिसमें कार्बन की मात्रा और अंतिम तापन चरण के दौरान उपयोग किए गए तापमान को बदला गया ताकि एक आदर्श नुस्खा प्राप्त किया जा सके। उन्होंने पाया कि एक विशिष्ट संतुलन, जहाँ धातु और कार्बन एक सटीक अनुपात में मौजूद होते हैं और 700 डिग्री सेल्सियस पर गर्म किए जाते हैं, सबसे प्रभावी अवशोषक प्रदान करता है।
जब उन्होंने इस इष्टतम सामग्री का परीक्षण किया, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। मात्र 1.9 मिलीमीटर की मोटाई पर, इस सामग्री ने टकराने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों का 99.99% हिस्सा सोख लिया, जो एक ऐसा प्रदर्शन स्तर है जिसे अन्य हल्की सामग्रियों के साथ प्राप्त करना कठिन है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह आवृत्तियों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला में काम करता है, जो 5.01 गीगाहर्ट्ज़ के विस्तार को कवर करता है। इसका अर्थ है कि इस सामग्री की एक एकल परत विभिन्न प्रकार के वायरलेस उपकरणों से होने वाले हस्तक्षेप से एक साथ सुरक्षा प्रदान कर सकती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि उन्होंने सामग्री को बहुत अधिक गर्म किया, तो धातु के कण बहुत बड़े हो गए और आपस में जुड़कर गुच्छे बन गए, जिससे अवशोषण के लिए आवश्यक नाजुक संरचना खराब हो गई। यदि उन्होंने बहुत कम कार्बन का उपयोग किया, तो सामग्री बहुत अधिक परावर्तक (रिफ्लेक्टिव) हो गई, जिससे तरंगें अंदर आने के बजाय वापस टकराकर दूर चली गईं। उन्होंने जिस 'स्वीट स्पॉट' को खोजा, वह तरंगों को सतह से आसानी से गुजरने देता है और फिर सामग्री के भीतर चुंबकीय और विद्युत अंतःक्रियाओं द्वारा उन्हें फँसाकर नष्ट कर देता है।
इस सफलता के पीछे का तंत्र कार्बन और धातु के बीच एक सामंजस्यपूर्ण सहयोग है। कार्बन संरचना, अपने कई दोषों और छिद्रों के साथ, तरंगों को धीमा करने और विद्युत घर्षण, जिसे चालक हानि (कंडक्टिव लॉस) कहा जाता है, उत्पन्न करने में मदद करती है। धातु के कण, चुंबकीय होने के कारण, तरंगों के चुंबकीय क्षेत्र के साथ अंतःक्रिया करते हैं, जिससे वे कंपन करते हैं और चुंबकीय अनुनाद (मैग्नेटिक रेजोनेंस) के माध्यम से ऊर्जा खो देते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, वह इंटरफेस जहाँ धातु कार्बन को छूता है, अतिरिक्त घर्षण बिंदु बनाता है जो तरंगों की ऊर्जा को और अधिक कम कर देता है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह सामग्री तरंगों को रोकने के लिए केवल एक विधि पर निर्भर नहीं है, बल्कि यह इन प्रभावों के संयोजन का उपयोग करती है जो एक साथ काम करते हैं। उन्होंने यह भी नोट किया कि सामग्री की हवा के प्राकृतिक प्रतिबाधा (इम्पीडेंस) से मेल खाने की क्षमता यह सुनिश्चित करती है कि तरंगें सतह से टकराकर वापस जाने के बजाय आसानी से अंदर प्रवेश कर सकें, जो एक महत्वपूर्ण कदम है जिसमें कई अन्य अवशोषक विफल रहते हैं।
यह कार्य यह प्रदर्शित करता है कि सस्ते, प्रचुर और नवीकरणीय संसाधनों से उच्च-प्रदर्शन वाले विद्युत चुम्बकीय अवशोषक बनाना संभव है। एक आक्रामक पौधे का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा मार्ग दिखाया है जो टिकाऊ सामग्रियों की ओर ले जाता है जो दुर्लभ या महंगी धातुओं पर निर्भर नहीं हैं। उनके द्वारा विकसित सामग्री न केवल प्रभावी है, बल्कि हल्की और पतली भी है, जो आधुनिक तकनीक की व्यावहारिक आवश्यकताओं को पूरा करती है जहाँ स्थान और वजन अक्सर सीमित होते हैं। हालाँकि अध्ययन ने प्रयोगशाला में सामग्री के निर्माण और परीक्षण पर ध्यान केंद्रित किया, लेकिन इसके निष्कर्ष कम लागत वाले, उच्च-दक्षता वाले अवशोषकों के निर्माण के लिए एक व्यवहार्य रणनीति का सुझाव देते हैं, जिनका उपयोग उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर सैन्य अनुप्रयोगों तक में किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण की सफलता तकनीकी समस्याओं के समाधान के रूप में पर्यावरणीय चुनौतियों, जैसे कि आक्रामक प्रजातियों, को बदलने की क्षमता को उजागर करती है, जो यह सिद्ध करती है कि कभी-कभी सबसे अच्छी सामग्रियां हमारे अपने पिछवाड़े में ही उग रही होती हैं।
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