Optical characteristics of cellulose nanofiber film stored for 5 years

एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ हमारे भोजन की प्लास्टिक पैकेजिंग, हमारे उपकरणों की स्क्रीन और हमारी इमारतों पर कोटिंग को पेड़ों से उगाई जाने वाली किसी चीज़ से बदला जा सके। यह सेलुलोज नैनोफाइबर्स का वादा है, जो पौधों के रेशों से निकले सूक्ष्म धागे हैं जो मजबूत, लचीले और असाधारण रूप से स्पष्ट होते हैं। वैज्ञानिकों को लंबे समय से पता है कि जब इन नन्हे रेशों को पतली चादरों के रूप में दबाया जाता है, तो वे प्रकाश को कांच की तरह ही आसानी से गुजरने दे सकते हैं, जो उन्हें ऊर्जा-बचत करने वाली खिड़कियों से लेकर भविष्य के स्मार्टफोन के डिस्प्ले तक, सब कुछ के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाता है। हालाँकि, इसमें एक पेंच है। सभी जैविक सामग्रियों की तरह, ये चादरें अमर नहीं हैं। समय के साथ, उन्हें एक साथ जोड़ने वाले रासायनिक बंधन कमजोर हो सकते हैं, और सामग्री अपना रंग बदलना शुरू कर सकती है, जिससे वह फीकी पीली पड़ने लगती है और अपनी स्पष्टता खो देती है। जबकि शोधकर्ताओं ने नमूनों पर तीव्र गर्मी या कृत्रिम सूर्य के प्रकाश की बौछार करके इस क्षय को तेज करने की प्रक्रिया को सिम्युलेट करने में वर्षों बिताए हैं, उन्होंने शायद ही कभी यह देखा है कि क्या होता है जब ये सामग्रियां बस एक सामान्य कमरे में वर्षों तक रखी रहती हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने पांच वर्षों की अवधि में इन नैनोफाइबर चादरों के दो अलग-अलग प्रकारों का स्वाभाविक रूप से उम्र बढ़ने (एजिंग) का अवलोकन करके इस अंतर को भरने का प्रयास किया। उन्होंने प्रक्रियाओं को मजबूर करने के लिए ओवन या यूवी लैंप का उपयोग नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने चादरों को इंडोनेशिया के एक कमरे में प्लास्टिक की थैलियों में रखा, जिससे उन्हें वही हवा लेने, वही नमी महसूस करने और समय के उसी धीमे प्रवाह का अनुभव करने दिया जो घर या कार्यालय में किसी भी वस्तु को होता है। उन्होंने जिन दो सामग्रियों का परीक्षण किया, वे अलग-अलग विधियों से बनाई गई थीं। एक प्रकार, जिसे TEMPO-ऑक्सीकृत सेलुलोज के रूप में जाना जाता है, को इसकी सतह पर उच्च संख्या में नकारात्मक विद्युत आवेश देने के लिए रासायनिक रूप से उपचारित किया गया था। दूसरा, जिसे जलीय काउंटर कोलिजन सेलुलोज कहा जाता है, को बिना उन समान रासायनिक आवेशों को जोड़े, रेशों को अलग करने के लिए उच्च-दबाव वाले जल जेट का उपयोग करके संसाधित किया गया था। इन दोनों विशिष्ट प्रकार की सामग्रियों की तुलना पांच वर्षों के शांत भंडारण के बाद करके, शोधकर्ता यह समझना चाहते थे कि सामग्री बनाने का विशिष्ट तरीका उसके दीर्घकालिक अस्तित्व को कैसे प्रभावित करता है।

परिणामों से पता चला कि दोनों सामग्रियां एक ही तरह से उम्र नहीं बढ़ीं, और उनके बीच के अंतर काफी चौंकाने वाले थे। रासायनिक रूप से उपचारित चादरें, जो शुरुआत में दोनों में अधिक स्पष्ट थीं, पांच वर्षों के दौरान स्पष्ट रूप से पीली पड़ने लगीं। रंग का यह परिवर्तन इतना महत्वपूर्ण था कि शोधकर्ता पीले रंग की ओर एक स्पष्ट बदलाव को माप सके, जो इस बात का संकेत है कि रासायनिक संरचना टूट रही है और नए अणु बना रही है जो प्रकाश को अवशोषित करते हैं। इसके विपरीत, जल-संसाधित चादरें बहुत अधिक सफेद बनी रहीं, जिसमें रंग का केवल बहुत मामूली बदलाव देखा गया। यह सुझाव देता है कि पहली प्रकार की शीट बनाने के लिए उपयोग किया गया रासायनिक उपचार, हालांकि शुरुआत में इसे स्पष्ट बनाने में सहायक था, लेकिन इसने इसे धीमी, प्राकृतिक उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के प्रति अधिक संवेदनशील बना दिया होगा। इसके निर्माण के दौरान जोड़े गए रासायनिक समूहों की अम्लीय प्रकृति ने संभवतः पहले प्रकार के रेशों के टूटने की प्रक्रिया को तेज करने के लिए एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया।

केवल रंग के अलावा, जिस तरह से प्रकाश इन चादरों के माध्यम से चलता है, वह अप्रत्याशित तरीकों से बदल गया। जल-संसाधित चादरें शुरुआत में थोड़ी धुंधली थीं, जो अन्य प्रकार की तुलना में प्रकाश को अधिक बिखेरती थीं। पांच वर्षों के बाद, यह धुंधलापन कम हो गया, जिससे चादरें अधिक स्पष्ट दिखने लगीं, भले ही प्रकाश को रोकने की उनकी क्षमता स्थिर रही। रासायनिक रूप से उपचारित चादरें, जो पहले से ही बहुत स्पष्ट थीं, धुंधली नहीं हुईं, बल्कि उम्र बढ़ने के साथ वे दृश्य प्रकाश के प्रति काफी अधिक पारदर्शी हो गईं, जो कि उनके पीले पड़ने के बावजूद एक विरोधाभासी परिणाम प्रतीत होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि रासायनिक उपचार के कारण चादरों ने प्रकाश को रोकने की अपनी कुछ क्षमता खो दी, जिससे दृश्य स्पेक्ट्रम में उनकी स्पष्टता में सुधार हुआ, भले ही वे पीली पड़ रही थीं। यह जटिल व्यवहार इस बात को उजागर करता है कि उम्र बढ़ना (एजिंग) केवल एक "बिगड़ने" की प्रक्रिया नहीं है, बल्कि रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला है जो पूरी तरह से सामग्री की शुरुआती रेसिपी पर निर्भर करती है।

अध्ययन ने रेशों की मजबूती और स्थिरता को भी देखा। ऊष्मा प्रतिरोध के परीक्षण के दौरान, रासायनिक रूप से उपचारित चादरें जल-संसाधित वाली चादरों की तुलना में कम तापमान पर टूटने लगीं, और पांच वर्षों के भंडारण के बाद यह अंतर थोड़ा बढ़ गया। रासायनिक रूप से उपचारित चादरों के रेशों ने अपनी यांत्रिक शक्ति का भी एक बड़ा हिस्सा खो दिया, जिससे वे शुरुआत की तुलना में बहुत नाजुक हो गईं। हालांकि, जल-संसाधित चादरों ने अपनी शक्ति और तापीय स्थिरता को बहुत बेहतर तरीके से बनाए रखा, जिसमें केवल मामूली बदलाव देखे गए। यह इंगित करता है कि हालांकि रासायनिक उपचार एक उत्कृष्ट प्रारंभिक ऑप्टिकल गुण वाली सामग्री बनाता है, लेकिन यह वास्तविक दुनिया के वातावरण में दीर्घकालिक स्थायित्व की कीमत पर हो सकता है। जल-संसाधित सामग्री, हालांकि शुरुआत में इसकी स्पष्टता उतनी पूर्ण नहीं थी, फिर भी लंबी अवधि के लिए अधिक मजबूत सर्वाइवर साबित हुई।

अंततः, यह पांच साल का अवलोकन इन हरित सामग्रियों के भविष्य के लिए एक महत्वपूर्ण वास्तविकता की जांच प्रदान करता है। यह दिखाता है कि प्रयोगशाला में सामग्रियों का परीक्षण करने के लिए उपयोग की जाने वाली स्थितियां—अक्सर अत्यधिक गर्मी या तीव्र प्रकाश के साथ—यह पूरी तरह से भविष्यवाणी नहीं कर सकती हैं कि वे कई वर्षों तक एक शांत कमरे में कैसे व्यवहार करेंगी। प्राकृतिक उम्र बढ़ने की प्रक्रिया धीमी है और अलग नियमों का पालन करती है, जो यह प्रकट करती है कि सामग्री की रासायनिक संरचना न केवल यह तय करती है कि वह नई होने पर कैसी दिखती है, बल्कि यह भी कि वह समय के बीतने के साथ कैसे जीवित रहेगी। इंजीनियरों और डिजाइनरों के लिए जो सौर पैनलों से लेकर पैकेजिंग तक हर चीज में इन पौधों पर आधारित फिल्मों का उपयोग करने की उम्मीद रखते हैं, सबक स्पष्ट है: फाइबर को बनाने का तरीका भी उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि स्वयं फाइबर, और जो आज पूर्ण दिखता है, वह उन तरीकों से बदल सकता है जो केवल वर्षों के धैर्यपूर्ण इंतजार के बाद ही दिखाई देंगे।