शिकागो विश्वविद्यालय और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो के वैज्ञानिकों ने सामग्रियों के एक समूह की खोज की है जो उच्च तापमान, उच्च दबाव या विद्युत धाराओं के संपर्क में आने पर आश्चर्यजनक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। अधिकांश सामग्रियों के विपरीत, गर्म करने पर ये सिकुड़ जाते हैं, दबाने पर फैल जाते हैं और उचित चार्ज लागू होने पर अपनी मूल स्थिति में भी लौट आते हैं। अनुसंधान ऑक्सीजन-रेडॉक्स (ओआर) सामग्रियों पर केंद्रित है - सामग्रियों का एक वर्ग जो बैटरी को अधिक ऊर्जा संग्रहीत करने में मदद कर सकता है लेकिन अक्सर संरचनात्मक विकार के कारण स्थिरता के मुद्दों से ग्रस्त होता है।
दीर्घकालिक सहयोग के हिस्से के रूप में, शिकागो विश्वविद्यालय के प्रिट्जकर स्कूल ऑफ मॉलिक्यूलर इंजीनियरिंग में प्रोफेसर वाई. शर्ली मेंग की प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो के विजिटिंग विद्वानों ने पाया कि मेटास्टेबल ऑक्सीजन-रेडॉक्स सक्रिय सामग्रियों में नकारात्मक थर्मल विस्तार होता है, जो थर्मोडायनामिक्स के नियमों का उल्लंघन करता प्रतीत होता है। फ़ोटोग्राफ़ी: जेसन स्मिथ
सामान्य परिस्थितियों में, ये सामग्रियां थर्मोडायनामिक्स के सामान्य नियमों का पालन करती हैं। लेकिन जिसे "मेटास्टेबल अवस्था" कहा जाता है, एक अस्थायी संतुलन में, वे विपरीत दिशा में व्यवहार करते हैं। नेचर जर्नल में प्रकाशित अध्ययन के वरिष्ठ लेखक प्रोफेसर शर्ली मेंग ने कहा, "गर्म होने पर, सामग्री फैलने के बजाय सिकुड़ जाती है।" यह सामग्री की संरचना के भीतर तथाकथित विकार-से-क्रम संक्रमण से संबंधित है। शोध दल ने -14.4(2) × 10⁻⁶ °C⁻¹ की तापीय विस्तार दर दर्ज की, जिसका अर्थ है कि सामग्री वास्तव में गर्म होने पर सिकुड़ जाती है। यह ग्रुनेसेन संबंध नामक एक सामान्य सिद्धांत के विरुद्ध है, जिसका उपयोग अक्सर यह समझाने के लिए किया जाता है कि गर्म होने पर सामग्री का विस्तार क्यों होता है।
तनाव के बारे में क्या? अजनबी भी. जैसे ही उन्होंने पृथ्वी की प्लेटों के स्तर पर सभी दिशाओं में सामग्री को निचोड़ा, वह सिकुड़ने के बजाय विस्तारित हो गई। प्रोफेसर झांग मिंगहाओ बताते हैं, "नकारात्मक संपीड़ितता नकारात्मक थर्मल विस्तार की तरह है।" "यदि आप पदार्थ के एक कण को सभी दिशाओं से संपीड़ित करते हैं... तो इसका विस्तार होगा।"
उन्होंने यह भी पाया कि विद्युत धारा सामग्री की संरचना को रीसेट कर सकती है। वोल्टेज सीमा को समायोजित करके, उन्होंने मूल संरचना और प्रदर्शन को लगभग 100% बहाल कर दिया। इसमें बैटरी प्रौद्योगिकी, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) के लिए बड़ी संभावनाएं हैं। प्रोफेसर झांग ने कहा, "जब हम वोल्टेज लागू करते हैं, तो हम सामग्री को उसकी मूल स्थिति में बहाल कर देते हैं। इस तरह हम बैटरी को बहाल कर देते हैं।" उन्होंने आगे कहा, "आप बस वोल्टेज सक्रियण करें...और आपकी कार नई जैसी दिखेगी। आपकी बैटरी नई जैसी दिखेगी।"
इस शोध से इमारतों से लेकर विमानों तक हर चीज में उपयोग के लिए शून्य तापीय विस्तार वाली सामग्रियों के विकास को बढ़ावा मिल सकता है। प्रोफेसर झांग ने बताया: "प्रत्येक इमारत को एक उदाहरण के रूप में लें, आप निश्चित रूप से नहीं चाहेंगे कि अलग-अलग हिस्सों को बनाने वाली सामग्रियों की मात्रा बार-बार बदले।"
जैसे-जैसे उनका शोध आगे बढ़ता है, टीम को यह समझने की उम्मीद है कि इन प्रभावों को नियंत्रित करने और व्यावहारिक अनुप्रयोगों का विस्तार करने के लिए रेडॉक्स रसायन विज्ञान का उपयोग कैसे किया जा सकता है। सह-प्रथम लेखक किउ बाओ ने कहा, "लक्ष्यों में से एक इन सामग्रियों को अनुसंधान परिणामों से औद्योगिकीकरण में अनुवाद करना है।" उनका काम सामग्री डिजाइन के बारे में सोचने का एक नया तरीका खोलता है, जहां ऊर्जा न केवल उपकरणों को शक्ति प्रदान करती है बल्कि सामग्रियों को भी नया आकार देती है।