सार:
सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में, कांच ने अपनी अनूठी अव्यवस्थित परमाणु संरचना और दैनिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया है। हालाँकि, अत्यधिक उच्च तापमान प्रसंस्करण के दौरान अनियंत्रितता ने लंबे समय तक नए कार्यात्मक चश्मे के विकास को प्रतिबंधित कर दिया है। बर्मिंघम विश्वविद्यालय (यूके) और जर्मनी में टीयू डॉर्टमुंड विश्वविद्यालय (टीयू डॉर्टमुंड विश्वविद्यालय) की एक अंतरराष्ट्रीय संयुक्त वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने महत्वपूर्ण प्रगति की है। शोधकर्ताओं ने चतुराई से हजारों वर्षों से पारंपरिक सिलिकेट ग्लास निर्माण में उपयोग की जाने वाली प्राचीन रासायनिक रणनीतियों को आकर्षित किया, और पिघलने की प्रक्रिया के दौरान धातु कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) ग्लास की आंतरिक परमाणु संरचना का सटीक पुनर्निर्माण और रासायनिक नियंत्रण सफलतापूर्वक हासिल किया, जिससे इस प्रकार की अत्याधुनिक सामग्री को नए भौतिक गुण और प्रसंस्करण लाभ मिले।
एक नई अकार्बनिक-कार्बनिक संकर सामग्री के रूप में जो धातु आयनों को कार्बनिक लिगैंड के साथ गहराई से जोड़ती है, MOF ग्लास (जैसे ZIF-62) में एक अद्वितीय सूक्ष्म संरचना होती है और कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चर, हाइड्रोजन भंडारण, समुद्री जल विलवणीकरण और उन्नत झिल्ली पृथक्करण के क्षेत्र में महान अनुप्रयोग क्षमता दिखाती है। हालाँकि, पारंपरिक MOF ग्लास को नरम और पिघलाने के लिए अक्सर 300°C से ऊपर के उच्च तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है। यह तापमान स्वयं सामग्री की थर्मल अपघटन सीमा के बेहद करीब है, जो न केवल बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रसंस्करण और मोल्डिंग की कठिनाई को बढ़ाता है, बल्कि इसकी प्रमुख छिद्र संरचना को भी आसानी से नष्ट कर देता है।
इस प्रसंस्करण बाधा को तोड़ने के लिए, वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने अपना ध्यान प्राचीन ग्लास संशोधन तकनीक की ओर लगाया। पारंपरिक कांच उद्योग में, कर्मचारी आमतौर पर पिघलने बिंदु और चिपचिपाहट को कम करने के लिए सिलिका रेत में सोडियम या लिथियम जैसे क्षार धातु यौगिकों की थोड़ी मात्रा जोड़ते हैं। शोधकर्ताओं ने इस तर्क को MOF ग्लास के क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया और ZIF-62 की पिघलने की प्रक्रिया के दौरान सोडियम या लिथियम यौगिकों की थोड़ी मात्रा पेश करके सामग्री के आंतरिक परमाणु कनेक्शन नेटवर्क में सफलतापूर्वक कुशल हस्तक्षेप हासिल किया।
परमाणु पैमाने पर इस रासायनिक संशोधन प्रक्रिया को प्रकट करने के लिए, अनुसंधान टीम ने उच्च तापमान वाले ठोस-राज्य एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों को अंजाम देने के लिए ब्रिटिश नेशनल हाई फील्ड सॉलिड-स्टेट न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (एनएमआर) सुविधा का उपयोग किया, और वास्तविक समय में एडिटिव और ग्लास नेटवर्क के बीच बातचीत का निरीक्षण करने के लिए इसे कृत्रिम बुद्धिमत्ता पर आधारित मशीन लर्निंग कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के साथ जोड़ा। डेटा से पता चलता है कि अतिरिक्त सोडियम आयन न केवल सामग्री के अंदर माइक्रोप्रोर्स को भरते हैं, बल्कि कुछ जस्ता परमाणुओं को सीधे प्रतिस्थापित करते हैं, स्थानीय रूप से अलग हो जाते हैं और मूल तंग जाली नेटवर्क का पुनर्निर्माण करते हैं। माइक्रोस्ट्रक्चर का यह पुनर्गठन सामग्री के नरम तापमान को काफी कम कर देता है और पिघली हुई अवस्था में इसकी तरलता में काफी सुधार करता है, जबकि सामग्री की मूल छिद्र विशेषताओं को सबसे बड़ी सीमा तक बनाए रखता है।
उद्योग विशेषज्ञों ने बताया कि इस शोध ने सफलतापूर्वक साबित कर दिया है कि पारंपरिक सिलिकेट ग्लास का संशोधन सिद्धांत आधुनिक जटिल धातु-कार्बनिक संकर सामग्रियों पर पूरी तरह से लागू है। पिघली हुई अवस्था में एमओएफ ग्लास की रासायनिक और परमाणु संरचना को सटीक रूप से फिर से लिखकर, शोधकर्ताओं ने न केवल इस प्रकार की उच्च-प्रदर्शन सामग्री की विनिर्माण ऊर्जा खपत और प्रक्रिया सीमा को कम कर दिया है, बल्कि विशिष्ट गैस सोखना, कैटेलिसिस और अत्यधिक चयनात्मक पृथक्करण कार्यों के साथ नई अगली पीढ़ी के इंजीनियरिंग ग्लास के भविष्य के विकास के लिए एक व्यापक वैज्ञानिक मार्ग भी खोल दिया है।
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