सार:
जापान में कोबे विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नई रंग-मुक्त कोटिंग तकनीक विकसित की है जो सिलिकॉन नैनोकणों और प्रकाश के बीच विशेष संपर्क के माध्यम से चमकीले रंग पैदा करती है। यह पारंपरिक रंगों या पिगमेंट के उपयोग के बिना मूल कार पेंट के समान चमक प्रभाव प्राप्त कर सकता है। इस तकनीक को न केवल जटिल त्रि-आयामी वस्तुओं की सतह पर लागू किया जा सकता है, बल्कि सुरक्षात्मक कोटिंग जोड़ने के बाद मूल रंग को भी बनाए रखा जा सकता है। इससे ऑटोमोबाइल, विमान और अन्य बड़े औद्योगिक उत्पादों की सतह के उपचार के लिए नए विकल्प आने की उम्मीद है।
पारंपरिक ऑटोमोटिव पेंट आमतौर पर विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करने के लिए वर्णक अणुओं पर निर्भर करते हैं और फिर विभिन्न रंगों को प्रस्तुत करने के लिए अन्य तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करते हैं। यह तकनीक काफी परिपक्व तरीके से विकसित हुई है, लेकिन इसमें कुछ अंतर्निहित खामियां भी हैं। उदाहरण के लिए, कुछ कार्बनिक रंग लंबे समय तक सूर्य की पराबैंगनी किरणों के संपर्क में रहने के बाद ख़राब हो जाएंगे, जिससे कार का पेंट फीका पड़ जाएगा। इसके अलावा, पारंपरिक पेंट को पर्याप्त कवरेज और रंग संतृप्ति प्राप्त करने के लिए अक्सर मोटे कोट की आवश्यकता होती है, जिससे कारों और अन्य वाहनों का वजन बढ़ जाता है।
कोबे विश्वविद्यालय के सामग्री इंजीनियरिंग शोधकर्ता हिरोशी सुगिमोटो के नेतृत्व वाली टीम ने एक अलग तकनीकी मार्ग चुना: अब वर्णक के रासायनिक गुणों पर निर्भर नहीं रहना, बल्कि नैनोस्केल सामग्री संरचनाओं के माध्यम से प्रकाश के प्रतिबिंब और बिखरने को नियंत्रित करना, जिससे मूल रूप से रंगहीन सामग्री चमकीले रंग में दिखाई दे सके।
इस घटना को संरचनात्मक रंग कहा जाता है और यह प्रकृति में असामान्य नहीं है। मोर के पंखों, तितली के पंखों और कुछ बीटल के खोलों के शानदार रंग पारंपरिक अर्थों में पूरी तरह से रंगद्रव्य से नहीं आते हैं, बल्कि सूक्ष्म संरचना और प्रकाश की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होते हैं। इन सूक्ष्म संरचनाओं को ट्यून करके, सामग्री प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को चुनिंदा रूप से प्रतिबिंबित कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न रंग प्राप्त होते हैं।
हालाँकि, औद्योगिक कोटिंग्स में संरचनात्मक रंग प्रौद्योगिकी को सही मायने में लागू करना आसान नहीं है। यद्यपि पिछले शोध चमकीले रंग की संरचनात्मक रंग सामग्री बनाने में सक्षम रहे हैं, लेकिन अक्सर महत्वपूर्ण कोण निर्भरता होती है, यानी, जब पर्यवेक्षक विभिन्न दिशाओं से देखता है तो सामग्री का रंग बदल सकता है। इसके अतिरिक्त, कई संरचनात्मक रंग कोटिंग्स पारंपरिक ऑटोमोटिव पेंट्स के लिए आवश्यक उच्च चमक, समान कवरेज और दीर्घकालिक स्थायित्व को एक साथ प्राप्त करने के लिए संघर्ष करती हैं।
हिरोशी सुगिमोटो की टीम ने पहले प्रदर्शित किया है कि सिलिकॉन नैनोस्फेयर संरचनात्मक रंग उत्पन्न कर सकते हैं जिन्हें देखने के कोण के साथ आसानी से नहीं बदला जा सकता है, और इंकजेट प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके संबंधित कोटिंग्स बनाने के लिए एक विधि विकसित की है। हालाँकि, प्रारंभिक योजनाओं में एक समस्या थी: सामग्री की सतह पर अत्यधिक विसरित प्रतिबिंब का खतरा था, और अंतिम प्रभाव अपेक्षाकृत सुस्त था, जिसमें ऑटोमोटिव पेंट में सामान्य रूप से चिकनी दर्पण बनावट का अभाव था।
इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन नैनोकणों को फिर से डिज़ाइन किया।
नया घोल सिलिकॉन नैनोस्फेयर के चारों ओर एक पतली सिलिका खोल लपेटता है। ये गोले न केवल अंदर के कणों की रक्षा करते हैं, बल्कि उनके बीच की दूरी को भी सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं, जिससे नैनोकणों के लिए अच्छी तरह से संरेखित संरचनाएं बनाना आसान हो जाता है।
इस तरह, शोधकर्ताओं ने सामग्री के भीतर प्रकाश के यादृच्छिक प्रकीर्णन को कम कर दिया, जिससे परावर्तित प्रकाश अधिक केंद्रित हो गया, जिसके परिणामस्वरूप चमकीले और अधिक समान रंग प्राप्त हुए, जबकि आवश्यकतानुसार सतह की चमक को समायोजित करने में सक्षम हुए।
इस अध्ययन में उपयोग किए गए सिलिकॉन नैनोस्फेयर का व्यास लगभग एक चौथाई माइक्रोन है, जो लगभग 250 नैनोमीटर के बराबर है, जो मानव बाल के व्यास का केवल एक प्रतिशत है। इन कणों को ठीक से व्यवस्थित करके, शोधकर्ता नैनोकणों की केवल एक परत के साथ उच्च अस्पष्टता और रंग चमक प्राप्त करने में सक्षम थे।
इस शोध की सबसे महत्वपूर्ण सफलताओं में से एक जटिल त्रि-आयामी सतहों पर संरचनात्मक रंग कोटिंग्स की अनुप्रयोग समस्या का सफल समाधान है।
पारंपरिक संरचनात्मक रंग सामग्री को अक्सर बहुत सटीक समतल सूक्ष्म संरचनाओं की आवश्यकता होती है। एक बार घुमावदार सतहों या जटिल आकृतियों पर लगाने के बाद, रंग में असमानता होने का खतरा होता है। कोबे विश्वविद्यालय टीम द्वारा प्रदर्शित नई तकनीक को बड़ी और जटिल त्रि-आयामी वस्तुओं की सतह पर लागू किया जा सकता है, जिससे यह अब प्रयोगशाला में फ्लैट नमूनों तक सीमित नहीं रहेगी।
एक अन्य महत्वपूर्ण विकास सुरक्षात्मक कोटिंग्स की अनुकूलता है।
ऑटोमोटिव पेंट को खरोंच, रसायन, यूवी किरणों और दैनिक पर्यावरणीय क्षति का प्रतिरोध करने के लिए अक्सर एक अतिरिक्त स्पष्ट सुरक्षात्मक परत की आवश्यकता होती है। हालाँकि, पारंपरिक संरचनात्मक रंग सामग्रियों के लिए, सुरक्षात्मक सामग्री की एक अतिरिक्त परत उनके ऑप्टिकल गुणों को बदल सकती है, जिसके परिणामस्वरूप रंग परिवर्तन हो सकता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि नई सिलिकॉन नैनोकण कोटिंग में एक सुरक्षात्मक परत जोड़ने से अंतिम रंग में कोई खास बदलाव नहीं आया। इसका मतलब यह है कि इसमें वास्तविक औद्योगिक उत्पादों की उपस्थिति और सुरक्षात्मक प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पारंपरिक ऑटोमोटिव पेंट की तरह बहु-परत कोटिंग संरचना को अपनाने का अवसर है।
उपस्थिति के अलावा, इस तकनीक का सबसे दिलचस्प संभावित लाभ वजन है।
पारंपरिक विमान पेंटिंग के लिए बड़ी मात्रा में पेंट की आवश्यकता होती है, और चौड़े शरीर वाले यात्री विमान का कोटिंग वजन सैकड़ों किलोग्राम तक पहुंच सकता है। एयरलाइंस के लिए, विमान का वजन सीधे तौर पर ईंधन की खपत और परिचालन लागत से संबंधित होता है, इसलिए कोई भी तकनीक जो धड़ के वजन को कम कर सकती है, उसका वास्तविक मूल्य है।
शोध टीम का अनुमान है कि यदि इस सिलिकॉन नैनोकण संरचनात्मक रंग कोटिंग का उपयोग किया जाता है, तो उसी क्षेत्र का कोटिंग वजन सैद्धांतिक रूप से लगभग 300 किलोग्राम से लगभग 300 ग्राम तक कम किया जा सकता है, जो लगभग 99.9% की कमी है।
इस बात पर ज़ोर दिया जाना चाहिए कि यह संख्या शोधकर्ताओं द्वारा भौतिक गुणों के आधार पर बनाया गया एक सैद्धांतिक अनुमान है, और यह कोई अनुप्रयोग परीक्षण नहीं है जो किसी वास्तविक यात्री विमान पर पूरा किया गया हो। लेकिन यह एयरोस्पेस में अल्ट्रा-थिन संरचनात्मक रंग कोटिंग्स के वजन के लाभों के बारे में बहुत कुछ बताता है।
पर्यावरण संरक्षण के लिहाज से भी इस तकनीक का संभावित महत्व है। पारंपरिक पेंट में कुछ कार्बनिक रंगद्रव्य जटिल रासायनिक संश्लेषण प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं और लंबे समय तक प्रकाश के संपर्क में रहने से ख़राब हो सकते हैं। इसके विपरीत, नई तकनीक मुख्य रूप से आधार सामग्री के रूप में सिलिकॉन और सिलिका का उपयोग करती है।
सिलिकॉन सेमीकंडक्टर उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है और इसे परिपक्व औद्योगिक आपूर्ति श्रृंखलाओं के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है; सिलिकॉन डाइऑक्साइड पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला पदार्थ है। चूँकि संरचनात्मक रंग पारंपरिक कार्बनिक रंगों पर निर्भर नहीं होते हैं जो फोटोकैमिकल क्षरण के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए भविष्य में फीके पड़ने के कारण दोबारा रंगने की आवश्यकता कम होने की उम्मीद है।
हालांकि, शोधकर्ताओं ने यह भी बताया कि बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन में इस कोटिंग के पूर्ण पर्यावरणीय लाभ अभी तक निर्धारित नहीं किए जा सके हैं। नैनोकण निर्माण, कोटिंग प्रसंस्करण और अंतिम रीसाइक्लिंग प्रसंस्करण को अभी भी और मूल्यांकन की आवश्यकता है।
प्रौद्योगिकी का व्यावसायीकरण करने के लिए, सुगिमोटो एक स्टार्ट-अप स्थापित करने में मदद कर रहा है जो प्रयोगशाला परिणामों को औद्योगिक कोटिंग्स में बदलने की उम्मीद करता है जिसका बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है।
यह ध्यान देने योग्य है कि इस सामग्री के लिए मौजूदा पेंटिंग उत्पादन लाइनों के पूर्ण विघटन की आवश्यकता नहीं है। अनुसंधान टीम ने कहा कि इसकी विनिर्माण प्रक्रिया स्प्रे कोटिंग, स्लॉट कोटिंग और रोल-टू-रोल प्रसंस्करण जैसी परिपक्व औद्योगिक प्रौद्योगिकियों के अनुकूल होने की उम्मीद है। इसका मतलब यह है कि भविष्य में, बिल्कुल अलग विनिर्माण प्रणाली का निर्माण किए बिना विभिन्न उत्पादों के आकार और उत्पादन आवश्यकताओं के आधार पर संबंधित कोटिंग विधियों का चयन किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं के दीर्घकालिक लक्ष्य ऑटोमोटिव और विमान कोटिंग्स तक ही सीमित नहीं हैं। उन्हें उम्मीद है कि सिलिकॉन नैनोकणों के ऑप्टिकल गुणों को ट्यून करके, सामग्री में अधिक कार्य होंगे, जैसे पर्यावरणीय परिवर्तनों का पता लगाना, फोटोकैटलिटिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देना और ऊर्जा प्रबंधन में भाग लेना।
इसका मतलब यह है कि भविष्य की कोटिंग्स अब उत्पादों को न केवल एक सुंदर रूप दे सकती हैं, बल्कि पर्यावरण संवेदन, प्रकाश ऊर्जा उपयोग और अन्य कार्य भी कर सकती हैं।
प्रासंगिक शोध परिणाम 3 सितंबर, 2026 को अकादमिक पत्रिका "स्मॉल स्ट्रक्चर्स" में प्रकाशित हुए थे। पेपर का शीर्षक है "तीन आयामी वस्तुओं के लिए उच्च-चमक, गैर-इंद्रधनुषी अनुरूप संरचनात्मक रंग कोटिंग्स प्राप्त करने के लिए सभी-ढांकता हुआ नैनोकणों की एक परत का उपयोग करना।"
ऑटोमोटिव उद्योग के परिप्रेक्ष्य से, इस तकनीक का सबसे उल्लेखनीय पहलू यह है कि यह संरचनात्मक रंग सामग्री द्वारा सामना की जाने वाली कई दीर्घकालिक समस्याओं को एक साथ हल करने का प्रयास करता है: देखने के कोण के साथ रंग परिवर्तन, अपर्याप्त सतह चमक, जटिल घुमावदार सतहों को कवर करने में कठिनाई, और पारंपरिक सुरक्षात्मक कोटिंग्स के साथ असंगति।
यदि भविष्य में बड़े पैमाने पर उत्पादन के माध्यम से इसकी लागत, मौसम प्रतिरोध और खरोंच प्रतिरोध को सत्यापित किया जा सकता है, तो इस रंग-मुक्त कोटिंग को ऑटोमोटिव बाहरी पेंटिंग के क्षेत्र में प्रवेश करने का अवसर मिलेगा। विमान निर्माताओं के लिए, कोटिंग्स के वजन को कम करने का संभावित आर्थिक मूल्य भी काफी है।
बेशक, परिपक्व ऑटोमोटिव पेंट सिस्टम को वास्तव में बदलने के लिए प्रयोगशाला परिणामों से दीर्घकालिक सत्यापन की अभी भी आवश्यकता है। लेकिन यह शोध भौतिक विकास के लिए एक आशाजनक दिशा दिखाता है: भविष्य की कारों के रंग के लिए अब बड़ी संख्या में रासायनिक रंगों पर निर्भर रहने की आवश्यकता नहीं होगी, बल्कि सामग्री को रंग उत्पन्न करने की अनुमति देने के लिए नैनोस्ट्रक्चर के माध्यम से प्रकाश को सीधे नियंत्रित किया जा सकता है।
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