खुद मरम्मत करने वाली धातुएं
बेन टर्नर लाइव सांइस क लिए
अगर आपको फिल्म टर्मिनेटर फिल्म का रोबोट ध्यान में है, तो आप उसके हाड़मांस के अंगों को धातु में बदलते और पुन: मांशल बनते हुए भी देखा होगा. हैरान कर देने वाली इस घटना की हकीकत के पीछे का विज्ञान क्या हो सकता है? इसे वज्ञानिकों ने पहली बार एक शोध के दरम्यान पाया. वैज्ञानिकों ने नैनो-आकार के तांबे और प्लैटिनम में माइक्रोफ़्रेक्चर को बार-बार होने वाले खिंचाव से खुद को ठीक करते हुए देखा. यहां दी गई तस्वीर फिल्म टर्मिनेटर 2: जजमेंट डे (1991) की है, जिसमें रॉबर्ट पैट्रिक भयावह स्व-उपचार टी-1000 के रूप में दिखाई दे रहे हैं.
वैज्ञानिकों ने धातु को टूटने के बाद खुद ही ठीक होने की घटना से रोबोटों के निर्माण में क्रांतिकारी फायदा मिल सकता है. वैसे इसकी कल्पना वास्तविक जीवन में संभव नहीं है. फिलहाल यह नए खोजे गए तंत्र केवल कुछ धातुओं पर और अविश्वसनीय रूप से छोटे पैमाने पर काम करता है. इस बारे में न्यू मैक्सिको के अल्बुकर्क में सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज के वैज्ञानिक ब्रैड बॉयस ने लाइव साइंस को बताया, "बेशक, ऐसे कई उद्योग हैं जिनके उत्पाद इंजीनियर इस खोज को जानबूझकर इंजीनियरिंग दृष्टिकोण में बदलाव को पसंद करेंगे ताकि धातुएं बनाई जा सकें, जो स्वचालित रूप से हमारे संरचनात्मक अनुप्रयोगों में खुद को ठीक कर सकें." ऐसी धातुएं हवाई जहाज के पंखों से लेकर ऑटोमोटिव सस्पेंशन तक कई प्रकार के अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकती हैं.
वैज्ञानिकों ने पहले यह मान लिया था कि धातुएँ स्वयं की मरम्मत करने में असमर्थ हैं, लेकिन प्लैटिनम और तांबे के नैनोमीटर आकार के टुकड़ों का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों द्वारा अनजाने में की गई नई खोज ने इस निष्कर्ष को उलट दिया है.
धातुएं बार-बार तनाव या गति से थकान क्षति को बरकरार रखती हैं, जिससे सूक्ष्म दरारों के बढ़ते जाल बनते हैं जो जेट इंजन, पुलों और अन्य महत्वपूर्ण संरचनाओं की विनाशकारी विफलताओं का कारण बन सकते हैं.
लेकिन सभी सामग्रियां बार-बार तनाव में नहीं टूटतीं: कुछ आधुनिक पॉलिमर और यहां तक कि प्राचीन रोमन कंक्रीट को समय के साथ अपने माइक्रोक्रैक की मरम्मत करते हुए दिखाया गया है।
2013 में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह दिखाने के लिए कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया कि धातुएं भी उपचार करने में सक्षम हो सकती हैं, लेकिन वे आवश्यक छोटे पैमाने पर धातुओं का अध्ययन करने में सक्षम नहीं थे, इसलिए उन्हें कोई वास्तविक दुनिया का सबूत नहीं मिल सका।
नेचर जर्नल में 19 जुलाई को प्रकाशित नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप नामक उपकरण का उपयोग करके जांच की कि नैनो-आकार के धातु के टुकड़े बार-बार तनाव पर कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। उपकरण ने बहुत ही कम बल लगाया - एक मच्छर के पैर को कुचलने के बराबर - हर सेकंड धातुओं पर 200 छोटे-छोटे खिंचाव के रूप में।
दो धातुओं, तांबा और प्लैटिनम, में दरारें दिखाई दीं और सभी सामग्रियों में वृद्धि हुई। लेकिन फिर, 40 मिनट के बाद, धातुएँ फिर से एक साथ जुड़ गईं, जिससे दरार का कोई निशान नहीं रह गया।
बॉयस के अनुसार, इस चमत्कारी स्व-मरम्मत की व्याख्या "कोल्ड वेल्डिंग" नामक प्रक्रिया में निहित है।
बॉयस ने कहा, "संक्षेप में, नैनोस्केल पर, दरार की नोक के आसपास की स्थानीय स्थितियां ऐसी हैं कि दो दरार के किनारे एक दूसरे में संकुचित हो जाते हैं।" "जब वे संपर्क करते हैं, तो दोनों फ़्लैंक एक ऐसी प्रक्रिया में एक साथ ठीक हो जाते हैं जिसे धातुकर्मी 'कोल्ड वेल्डिंग' कहते हैं। यह प्रक्रिया हर समय नहीं होती है, लेकिन केवल उन मामलों में जहां स्थानीय परिस्थितियां क्रैक फ़्लैंक संपर्क को प्रेरित करती हैं।"
शोधकर्ताओं की नई टिप्पणियाँ कितनी व्यापक रूप से कार्यान्वयन योग्य हैं यह अज्ञात है। सबसे पहले, कोल्ड वेल्डिंग प्रक्रियाओं का निरीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने धातुओं को एक वैक्यूम के भीतर अलग कर दिया ताकि कोई भी वायुमंडलीय परमाणु उपकरण के साथ हस्तक्षेप न करें। इसका मतलब यह है कि वे अभी तक नहीं जानते हैं कि प्रक्रिया केवल शून्य में काम करती है या नहीं।
इसी प्रकार, स्वयं-मरम्मत करने वाली संभावित धातुओं की सीमा भी अज्ञात है। वैज्ञानिकों ने केवल प्लैटिनम और तांबे में कोल्ड वेल्डिंग देखी है, लेकिन क्या आमतौर पर इस्तेमाल होने वाली स्टील जैसी संरचनात्मक धातुएं भी ऐसा करती हैं, यह अभी तक नहीं देखा गया है।
स्केलिंग की भी समस्या है. उपयोग की गई धातुएँ छोटी थीं और उनकी संरचनाओं में उच्च क्रम की थीं; क्या बड़ी धातुओं को उपचार के लिए राजी किया जा सकता है, यह भी ज्ञात नहीं है।
फिर भी, वैज्ञानिक सावधानीपूर्वक आशावादी हैं कि उनकी खोज से स्थायित्व के लिए धातु संरचनाओं के निर्माण और डिजाइन के तरीके में मूलभूत परिवर्तन हो सकते हैं, और अंतरिक्ष उड़ान के लिए भी अनुप्रयोग हो सकते हैं, जहां वायुमंडलीय कण कोई समस्या नहीं हैं।
"वास्तव में, हम मानते हैं कि यह प्रक्रिया कुछ हद तक पहले से ही सामान्य धातुओं और मिश्र धातुओं में भी हो रही है जो हम अपने दैनिक जीवन में उपयोग करते हैं - कम से कम उपसतह दरारों के लिए जो ऑक्सीजन के संपर्क में नहीं हैं, और संभवतः सतह की दरारों के लिए भी," बॉयस ने कहा। "हालांकि, पूरा लाभ उठाने के लिए, हम मैट के बारे में सोचना शुरू कर सकते हैं एरियल सेक्शन और माइक्रोस्ट्रक्चरल डिज़ाइन।"