DIAMOND CITY NEWS, SURAT
વિજ્ઞાનીઓએ ફ્લેક્સિબલ (લવચીક) હીરામાંથી વીજળી ઉત્પન્ન કરવાની એક ક્રાંતિકારી પદ્ધતિ શોધી કાઢી છે, જેણે એક સદીથી પણ વધુ જૂના પરંપરાગત વૈજ્ઞાનિક વિજ્ઞાન અને ધારણાઓને સંપૂર્ણપણે બદલી નાખી છે.
હોંગકોંગ યુનિવર્સિટી (HKU) ના સંશોધકોની ટીમે શોધ્યું છે કે અતિ-પાતળા અને અત્યંત લવચીક ડાયમંડ મેમ્બ્રેન (અલ્ટ્રાથિન ફ્લેક્સિબલ ડાયમંડ પટલ) માપી શકાય તેવો પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક પ્રતિભાવ (Piezoelectric Response) ઉત્પન્ન કરી શકે છે.
આ મહત્વપૂર્ણ સંશોધનનું નેતૃત્વ HKU ની ફેકલ્ટી ઓફ એન્જિનિયરિંગના ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ ઈલેક્ટ્રિકલ એન્ડ કોમ્પ્યુટર એન્જિનિયરિંગના એસોસિએટ પ્રોફેસર ઝિકિન ચૂ (Professor Zhiqin Chu) અને ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર યુઆન લિન (Professor Yuan Lin) ની ટીમે કર્યું છે.
હીરાએ તોડ્યો 100 વર્ષ જૂનો વૈજ્ઞાનિક નિયમ
1900ના દાયકાની શરૂઆતથી જ હીરાને સામાન્ય રીતે ‘નોન-પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક’ (Non-Piezoelectric) સામગ્રી તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યો હતો. પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક ક્ષમતા એટલે એવી ભૌતિક ક્ષમતા જેમાં કોઈ વસ્તુ પર યાંત્રિક દબાણ લાવવાથી કે તેને વાળવાથી (Deformation) વીજળી (ઈલેક્ટ્રિક વોલ્ટેજ) ઉત્પન્ન થાય છે. અત્યાર સુધી એવું માનવામાં આવતું હતું કે હીરા પર દબાણ લાવવાથી તેમાંથી વીજળી ઉત્પન્ન થઈ શકતી નથી.
તેની અદ્ભુત કઠિનતા, મજબૂતાઈ, રાસાયણિક સ્થિરતા, ઉચ્ચ એકોસ્ટિક ઝડપ, થર્મલ વાહકતા અને વાઈડ બેન્ડગેપ હોવા છતાં, હીરાનો ઉપયોગ માઈક્રોઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (MEMS) માં માત્ર અન્ય પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓને આધાર કે સપોર્ટ આપવા માટે જ થતો હતો. આ કારણોસર, “હીરામાંથી વીજળી ઉત્પન્ન કરવી” એ બાબતને દાયકાઓથી અસંભવિત અને અપ્રાયોગિક માનવામાં આવતી હતી.
હીરાને એટલો પાતળો બનાવ્યો કે તે વળી શકે!
ચરમ યાંત્રિક પરિસ્થિતિઓમાં હીરા અલગ રીતે વર્તે છે કે કેમ તે ચકાસવા માટે, HKU ની ટીમે તાજેતરમાં વિકસાવેલી ‘એજ એક્સફોલિએશન’ (Edge Exfoliation) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો હતો. આ ટેકનોલોજી દ્વારા તેમણે અત્યંત પાતળું અને નમનીય (અલ્ટ્રાથિન ફ્લેક્સિબલ) પોલીક્રિસ્ટલિન ડાયમંડ મેમ્બ્રેન તૈયાર કર્યું.
સામાન્ય હીરા અત્યંત સખત હોય છે, પરંતુ તેને આટલા અતિ-પાતળા સ્વરૂપમાં લાવવાને કારણે તે સરળતાથી વળી શકે તેવો બની ગયો. જ્યારે સંશોધકોએ આ મેમ્બ્રેનને ઈરાદાપૂર્વક વાળ્યું કે ફ્લેક્સ કર્યું, ત્યારે તેમાંથી સતત અને સ્થિર વોલ્ટેજ સિગ્નલ્સ (વીજળી) ઉત્પન્ન થતા જોવા મળ્યા.
આ ઈલેક્ટ્રિકલ આઉટપુટ વાસ્તવિક જ છે તેની ખાતરી કરવા માટે, ટીમે નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં વ્યાપક મિકેનિકલ સાયકલિંગ પ્રયોગો કર્યા. આ કડક પરીક્ષણો એ સ્પષ્ટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યા હતા કે આ વીજળી કોઈ પર્યાવરણીય વિક્ષેપ કે ટ્રિબોઈલેક્ટ્રિક ઈફેક્ટ (જ્યારે બે સપાટીઓ એકબીજા સાથે ઘસાય કે સ્પર્શે ત્યારે ઉત્પન્ન થતી વીજળી) ને કારણે નથી. આ વોલ્ટેજ સતત અને વારંવાર દેખાયો, જેણે સાબિત કર્યું કે ડાયમંડ મેમ્બ્રેન પોતે જ પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક પ્રતિભાવ ઉત્પન્ન કરી રહ્યું છે.
ગ્રેન બાઉન્ડ્રીઝ (Grain Boundaries) ને કારણે ઉત્પન્ન થઈ વીજળી
આ અસર પાછળનું વૈજ્ઞાનિક કારણ સમજવા માટે સંશોધકોએ વિગતવાર ગણતરીઓ (First-principles calculations) કરી. તેમના વિશ્લેષણ અનુસાર, પોલીક્રિસ્ટલિન ડાયમંડ મેમ્બ્રેનની અંદર રહેલી ‘ગ્રેન બાઉન્ડ્રીઝ’ ની અસમપ્રમાણતા (Asymmetry) આ વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે જવાબદાર છે. આ ગ્રેન બાઉન્ડ્રીઝ હીરાની અંદર રહેલા અનેક નાના-નાના ક્રિસ્ટલ્સને એકબીજાથી અલગ પાડે છે.
જ્યારે મેમ્બ્રેનને મજબૂતાઈથી વાંકું કરવામાં આવે છે (બિંદુઓ પર દબાણ આવે છે), ત્યારે આ ગ્રેન બાઉન્ડ્રીઝની આસપાસ ઈલેક્ટ્રિકલ ચાર્જ પોલેરાઈઝેશન (વીજભારનું ધ્રુવીકરણ) થાય છે. આના કારણે મેમ્બ્રેનની ઉપરની અને નીચેની સપાટી વચ્ચે ઈલેક્ટ્રિકલ પોટેન્શિયલમાં ફેરફાર થાય છે (વોલ્ટેજ તફાવત ઊભો થાય છે), જેનાથી વીજળી ઉત્પન્ન થાય છે.
મેડિકલ ડિવાઈસ અને સૂક્ષ્મ ઊર્જા સિસ્ટમ્સ માટે નવી આશા
આ ક્રાંતિકારી શોધથી એવા ક્ષેત્રોમાં હીરાના ઉપયોગ માટે નવા દરવાજા ખુલશે જ્યાં ટકાઉપણું અને સલામતી સૌથી વધુ મહત્વની હોય છે.
- બાયોકોમ્પેટીબલ અને બિન-ઝેરી : હીરા અત્યંત બાયોકોમ્પેટીબલ (માનવ શરીર માટે અનુકૂળ), રાસાયણિક રીતે સ્થિર અને નોન-ટોક્સિક (બિન-ઝેરી) છે.
- મેડિકલ ઈમ્પ્લાન્ટ્સ : ભવિષ્યમાં પાઈઝોઈલેક્ટ્રિક ડાયમંડ મેમ્બ્રેનનો ઉપયોગ માનવ શરીરમાં બેસાડાતા મેડિકલ ઈમ્પ્લાન્ટ્સમાં ‘સેલ્ફ-જનરેટિંગ પાવર સોસિસ’ (પોતે વીજળી ઉત્પન્ન કરતા સ્ત્રોતો) તરીકે થઈ શકશે.
- સ્માર્ટ સેન્સર્સ : શરીરની અંદર જ હલનચલન, વાળવાની ક્રિયા કે દબાણને શોધતા સેન્સર્સ તરીકે તે કામ કરી શકશે.
મોટા પાયા પર જોવામાં આવે તો, આ અહેવાલ હીરાને માત્ર એક નિષ્ક્રિય માળખાકીય સાધન (Passive structural material) તરીકે વાપરવાને બદલે તેને સક્રિય ઈલેક્ટ્રિકલ કાર્યક્ષમતા (Active electrical functionality) આપવાનો નવો માર્ગ દર્શાવે છે. આ શોધ ભવિષ્યમાં અતિ-વિશ્વસનીય માઈક્રો એનર્જી સિસ્ટમ્સ અને સેલ્ફ-પાવર્ડ સેન્સિંગ ટેકનોલોજીના વિકાસમાં ગેમ-ચેન્જર સાબિત થશે.
Disclaimer : This information has been collected through secondary research and Diamond City Newspaper is not responsible for any errors in the same.
ડાયમંડ સિટી પર ગુજરાત, રાષ્ટ્રીય, આંતરરાષ્ટ્રીય, બિઝનેસ સહિતના હીરા ઉદ્યોગના તમામ સમાચાર વાંચો. લેટેસ્ટ ન્યૂઝથી અપડેટ રહેવા માટે સોશ્યિલ મીડિયામાં અમારી સાથે જોડાઓ.
FACEBOOK | TWITTER | TELEGRAM | PINTEREST | LINKEDIN | INSTAGRAM | WhatsApp | YouTube
