वैज्ञानिकों ने तैरती हुई टाइटेनियम धातु बनाई है जो गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त होने पर भी पानी पर तैर सकती है

सार:

लंबे समय से, टाइटेनियम का उपयोग इसकी उच्च शक्ति, हल्के वजन और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के कारण एयरोस्पेस, समुद्री इंजीनियरिंग और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता रहा है। हालाँकि, चूँकि टाइटेनियम पानी से चार गुना अधिक सघन है, इसलिए लोगों ने कभी भी इस धातु को "तैरती" धातु से नहीं जोड़ा है। अब, ऑस्ट्रेलिया के रॉयल मेलबर्न इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (आरएमआईटी यूनिवर्सिटी) की एक शोध टीम ने सफलतापूर्वक एक टाइटेनियम संरचना बनाई है जो पानी पर तैर सकती है और उच्च शक्ति बनाए रखते हुए दीर्घकालिक उछाल प्राप्त कर सकती है।

अनुसंधान टीम ने जो विकसित किया है वह एक नई संरचना है जिसे "उत्प्लावन धातु-बहुलक खुली जाली मेटामेट्री" कहा जाता है। हालाँकि टाइटेनियम का घनत्व लगभग 4.43 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर है, जो ताजे पानी के घनत्व से बहुत अधिक है, जो लगभग 1 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर है, शोधकर्ताओं ने विशेष संरचनात्मक डिजाइन के माध्यम से इस विशेषता को बदल दिया।

फ्लोटिंग प्रभाव को प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने Ti-6Al-4V टाइटेनियम मिश्र धातु जाली कंकाल का निर्माण करने के लिए 3 डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग किया, और जाली बनाने वाले सभी समर्थन बीमों को खोखले संरचनाओं में डिजाइन किया। फिर उन्होंने इन खोखले चैनलों के अंदरूनी हिस्सों को हल्के पॉलीयुरेथेन फोम से भर दिया। परिणामी समग्र संरचना न केवल टाइटेनियम धातु के यांत्रिक गुणों को बरकरार रखती है, बल्कि स्थिर उछाल भी प्राप्त करती है।

प्रयोग के दौरान, शोधकर्ताओं ने पाया कि भले ही सामग्री टूट गई हो, कनेक्शन वाले हिस्से टूट गए हों, या जाली की परत का कुछ हिस्सा पूरी तरह से क्षतिग्रस्त हो गया हो, फिर भी यह तैरता रह सकता है और पानी में नहीं डूबेगा।

उच्च शक्ति और उछाल दोनों वाली सामग्रियों का अनुसरण इसलिए किया जाता है क्योंकि समुद्री इंजीनियरिंग के क्षेत्र में बहुत सारी व्यावहारिक आवश्यकताएं हैं। बॉय, ऑफशोर मॉनिटरिंग सेंसर, ऑफशोर प्लेटफॉर्म और विभिन्न समुद्री बुनियादी ढांचे को न केवल लहरों के निरंतर प्रभाव का सामना करना होगा, बल्कि समुद्री जल के क्षरण का भी विरोध करना होगा और क्षति के बावजूद काम करने की अपनी क्षमता बनाए रखनी होगी।

हालांकि वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले स्टेनलेस स्टील और उच्च घनत्व वाले प्लास्टिक कुछ जरूरतों को पूरा कर सकते हैं, फिर भी ताकत, स्थायित्व और दीर्घकालिक विश्वसनीयता के मामले में उनकी सीमाएं हैं। टाइटेनियम मिश्र धातु में स्वयं उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध है, इसलिए इसे हमेशा एक आदर्श सामग्री माना गया है। हालाँकि, इसका प्राकृतिक उच्च घनत्व तैरती सुविधाओं में इसके अनुप्रयोग को सीमित करता है।

शोधकर्ताओं ने कहा कि अतीत में मनुष्य तैरने की समस्या को हल करने के लिए मुख्य रूप से दो तरीकों पर निर्भर थे। एक बड़ी मात्रा में हवा को लपेटने के लिए जहाज की खोखली संरचना का उपयोग करना है, और दूसरा उछाल प्रदान करने के लिए उपकरण के अंदर फोम जैसी कम घनत्व वाली सामग्री जोड़ना है। हाल के वर्षों में धातु जाली संरचनाओं का उदय इस समस्या के लिए नए विचार प्रदान करता है।

3डी प्रिंटिंग तकनीक के माध्यम से, एक विशाल जाल संरचना के निर्माण के लिए केवल थोड़ी मात्रा में धातु का उपयोग किया जा सकता है, जिससे अत्यधिक उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात प्राप्त होता है। कुछ धातु जालियों का कुल घनत्व पानी के दसवें हिस्से से भी कम है। हालाँकि, ऐसी संरचनाएँ लंबे समय से समुद्री वातावरण में उपयोग के लिए अव्यावहारिक रही हैं क्योंकि उनके खुले छिद्र जल्दी ही समुद्री पानी से भर जाते हैं, जिससे अंततः वे डूब जाते हैं।

शोध टीम की सफलता ने इस समस्या का समाधान कर दिया। पूरी जाली को घेरने के बजाय, उन्होंने बस खोखले टाइटेनियम सपोर्ट बीम के अंदर फोम से भर दिया। यह न केवल समुद्री जल को जाली संरचना से स्वतंत्र रूप से गुजरने की अनुमति देता है, बल्कि यह भी सुनिश्चित करता है कि समग्र उछाल लंबे समय तक मौजूद रहे।

ऐसी संरचनाओं की तैरने की क्षमता का अधिक सटीक आकलन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक नई गणना मीट्रिक - "कंकाल घनत्व" भी प्रस्तावित की है।

पारंपरिक घनत्व गणना में जाली के अंदर सभी खुले स्थानों को वॉल्यूम रेंज में शामिल किया जाएगा, लेकिन ये स्थान वास्तव में पानी से घिरे होंगे और उछाल में योगदान नहीं देंगे। नई कंकाल घनत्व अवधारणा केवल उन हिस्सों की गणना करती है जो वास्तव में पानी को पीछे हटा सकते हैं, जिसमें टाइटेनियम मिश्र धातु की दीवारें और फोम से भरे क्षेत्र शामिल हैं।

इस सिद्धांत के अनुसार, जब तक कंकाल का घनत्व आसपास के तरल के घनत्व से कम है, तब तक पूरी संरचना स्थिर रूप से तैर सकती है, भले ही बड़ी संख्या में बाहरी छिद्र पानी को गुजरने दें।

प्रदर्शन परीक्षण के परिणाम भी दिलचस्प हैं। समान समग्र घनत्व के तहत, इस नई उत्प्लावन टाइटेनियम संरचना की ताकत वर्तमान में समुद्री इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले स्टेनलेस स्टील या उच्च घनत्व पॉलीथीन की तुलना में लगभग 70% अधिक है।

अनुसंधान टीम ने पोर्ट फिलिप, मेलबर्न के प्राकृतिक समुद्री जल का उपयोग करके संक्षारण प्रतिरोध परीक्षण भी किया। परिणामों से पता चला कि नमूने को दो सप्ताह तक समुद्री जल में भिगोने के बाद, इसका द्रव्यमान केवल 0.15% कम हुआ, जबकि इसकी ताकत 1% से भी कम हो गई, जो समुद्री पर्यावरण के लिए उत्कृष्ट अनुकूलनशीलता का प्रदर्शन करती है।

इसके अलावा, प्रायोगिक नमूने दो महीने से अधिक समय तक लगातार ताजे पानी में तैरते रहे और लंबे समय तक स्थिर रहे। शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि इससे साबित होता है कि संरचना में न केवल सैद्धांतिक अस्थायी क्षमताएं हैं, बल्कि व्यावहारिक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों की भी क्षमता है।

शोध टीम ने कहा कि यह दुनिया में पहली बार है कि एक धातु मिश्रित जाली मेटामेट्री हासिल की गई है जो लंबे समय तक तैर सकती है। भविष्य में, इस तकनीक को लंबे समय से समुद्री पर्यावरण में तैनात अपतटीय प्लवों, महासागर निगरानी उपकरणों, अपतटीय ऊर्जा सुविधाओं और विभिन्न प्रकार के बुनियादी ढांचे पर लागू किए जाने की उम्मीद है।

जैसा कि 3डी प्रिंटिंग तकनीक और उन्नत सामग्री इंजीनियरिंग का विकास जारी है, इस नए प्रकार के "फ्लोटिंग टाइटेनियम" से जो उच्च शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और निरंतर उछाल को जोड़ती है, भविष्य के महासागर इंजीनियरिंग डिजाइन के लिए नई संभावनाएं खुलने की उम्मीद है।