नैनोस्केल पावर प्लांट: ग्राफीन रिबन का उपयोग करके गर्मी को बिजली में परिवर्तित करना

नैनोइंजीनियरिंग चुनौतियाँ

अपनी पीएचडी के दौरान, पेरिन ने टीयू डेल्फ़्ट के नैनोलैब के साफ-सुथरे कमरों में बहुत समय बिताया - बालों या धूल के कणों को छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स को दूषित करने से रोकने के लिए हमेशा एक सफेद हुड में ढंका रहता था। साफ-सुथरे कमरे उन मशीनों के निर्माण के लिए तकनीकी आधार प्रदान करते हैं जिनका आकार कुछ नैनोमीटर (मानव बाल के व्यास से लगभग 10,000 गुना छोटा) होता है।

पेरिन बताते हैं, "आम तौर पर कहें तो, आप जितनी छोटी संरचना बनाना चाहते हैं, आपको उतनी बड़ी और महंगी मशीन की ज़रूरत होगी।" "उदाहरण के लिए, लिथोग्राफी मशीनों का उपयोग माइक्रोचिप्स पर जटिल माइक्रोसर्किट पैटर्न बनाने के लिए किया जाता है। नैनोफैब्रिकेशन और प्रयोगात्मक भौतिकी के लिए बहुत अधिक रचनात्मकता और धैर्य की आवश्यकता होती है, क्योंकि लगभग हमेशा कुछ न कुछ गलत होता है। हालांकि, यह अजीब और अप्रत्याशित परिणाम हैं जो अक्सर सबसे रोमांचक होते हैं।"

अपनी पीएचडी से स्नातक होने के एक साल बाद, पेरिन को मिशेल कैलामे की प्रयोगशाला में एक पद मिला। तब से, फ्रांसीसी-स्विस नागरिक अपने साथी और दो बेटियों के साथ ड्यूबेंडोर्फ में रह रहा है।

एम्पा में, युवा शोधकर्ता नैनोमटेरियल्स के साथ प्रयोग जारी रखने के लिए स्वतंत्र हैं। एक सामग्री ने जल्द ही विशेष रूप से उनका ध्यान आकर्षित किया: ग्राफीन नैनोरिबन्स, व्यक्तिगत परमाणुओं की तरह पतले कार्बन परमाणुओं से बनी सामग्री। नैनोरिबन्स का निर्माण एम्पा में रोमन फैसेल के अनुसंधान समूह द्वारा उच्चतम परिशुद्धता के साथ किया गया था। पेरिन यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि इन नैनोरिबन्स में अद्वितीय गुण हैं जिनका उपयोग क्वांटम प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला में किया जा सकता है।

साथ ही, उन्होंने ऊष्मा ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने पर भी ध्यान देना शुरू किया। 2018 में, यह प्रदर्शित किया गया कि थर्मल ऊर्जा को बिजली में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने के लिए क्वांटम प्रभावों का उपयोग किया जा सकता है।

अब तक, समस्या यह है कि ये आदर्श भौतिक गुण केवल बेहद कम तापमान पर ही होते हैं - के करीबपूर्ण शून्य (0 केल्विन; -273°C)। इसका स्मार्टफोन या छोटे सेंसर जैसे संभावित भविष्य के अनुप्रयोगों से कोई लेना-देना नहीं है। पॉलिन इस समस्या से निपटने के लिए ग्राफीन नैनोरिबन्स का उपयोग करने का विचार लेकर आए। अन्य सामग्रियों की तुलना में, ग्राफीन नैनोरिबन्स के विशेष भौतिक गुणों का मतलब है कि तापमान का क्वांटम प्रभावों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, जिससे आदर्श थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पन्न करना आसान हो जाता है।

एम्पा में उनके शोध समूह ने जल्द ही दिखाया कि ग्राफीन नैनोरिबन्स का क्वांटम प्रभाव 250 केल्विन (शून्य से 23 डिग्री सेल्सियस) पर भी अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित रहता है। भविष्य में, सिस्टम के कमरे के तापमान पर काम करने की उम्मीद है।

भविष्य की चुनौतियाँ और महत्वाकांक्षाएँ

हमारे स्मार्टफ़ोन को कम बिजली का उपयोग करने के लिए कई चुनौतियाँ हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है। अत्यधिक लघुकरण का मतलब यह सुनिश्चित करने के लिए विशेष घटकों की निरंतर आवश्यकता है कि अंतर्निहित सिस्टम वास्तव में काम करते हैं।

पॉलिन ने चीन, ब्रिटेन और स्विट्जरलैंड के सहयोगियों के साथ हाल ही में पता लगाया कि सिर्फ एक नैनोमीटर व्यास वाले कार्बन नैनोट्यूब को इन प्रणालियों में इलेक्ट्रोड के रूप में एकीकृत किया जा सकता है। हालाँकि, पॉलिन का अनुमान है कि इन नाजुक और अत्यधिक जटिल सामग्रियों को बड़े पैमाने पर निर्मित करने और उपकरणों में एकीकृत करने में कम से कम 15 साल लगेंगे।

"मेरा लक्ष्य इस तकनीक को लागू करने के लिए बुनियादी आधार विकसित करना है। केवल तभी हम व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए इसकी क्षमता का आकलन कर सकते हैं।"

संकलित स्रोत: ScitechDaily