কার্বিন, কার্বন পরমাণুর এক-মাত্রিক চেইন, এত পাতলা হওয়ার জন্য অবিশ্বাস্যভাবে শক্তিশালী, এটি পরবর্তী প্রজন্মের ইলেকট্রনিক্সগুলিতে ব্যবহারের জন্য একটি আকর্ষণীয় সম্ভাবনা তৈরি করে, তবে এর চরম অস্থিতিশীলতা এটিকে বাঁকানো এবং নিজেই স্ন্যাপ করে তোলে তা একেবারেই উত্পাদন করা প্রায় অসম্ভব করে তোলে, এটি একা উন্নত অধ্যয়নের জন্য পর্যাপ্ত পরিমাণে উত্পাদন করতে দেয়। এখন, পেন স্টেট সহ গবেষকদের একটি আন্তর্জাতিক দলের একটি সমাধান থাকতে পারে।
গবেষণা দলটি একক প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটুবগুলিতে কার্বিনকে ঘিরে রেখেছে-ছোট, নল-আকৃতির কাঠামো সম্পূর্ণরূপে কার্বন দিয়ে তৈরি যা মানুষের চুলের চেয়ে হাজার হাজার গুণ পাতলা। কম তাপমাত্রায় এটি করা কার্বিনকে আরও স্থিতিশীল এবং উত্পাদন করা সহজ করে তোলে, যা সম্ভাব্যভাবে উপকরণ বিজ্ঞান এবং প্রযুক্তিতে নতুন অগ্রগতির দিকে পরিচালিত করে, গবেষকরা বলেছিলেন। তারা এই উন্নয়নের “প্রতিশ্রুতিবদ্ধ সংবাদ” বলে অভিহিত করেছেন, কারণ বিজ্ঞানীরা গভীর তদন্তের জন্য প্রচুর পরিমাণে কার্বিনের একটি স্থিতিশীল রূপ তৈরি করতে কয়েক দশক ধরে লড়াই করেছেন।
“কার্বিনের আবিষ্কারের ইতিহাস একটি গোয়েন্দা গল্পের মতো,” ইঞ্জিনিয়ারিং সায়েন্স অ্যান্ড মেকানিক্সের অধ্যাপক স্লাভা ভি। রটকিন এবং প্রকাশিত গবেষণার সহ-লেখক বলেছেন এসি ন্যানো। “এটি তাত্ত্বিকভাবে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছিল, তবে বহু বছর ধরে এটি সংশ্লেষিত করার চেষ্টা ব্যর্থ হয়েছিল কারণ শৃঙ্খলাগুলি হয় বাঁকানো বা অনিচ্ছাকৃত বন্ধন গঠন করবে।”
এই অস্থিরতা অধ্যয়ন করা কঠিন এবং বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করার কল্পনাও আরও কঠিন করে তুলেছে। তবে গ্রাফিনের মতো, কিছু ইলেকট্রনিক্সে ইতিমধ্যে প্রয়োগ করা পারমাণবিক পাতলা দ্বি-মাত্রিক কার্বন উপাদান, কার্বিনের চরম শক্তি এবং বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলি ইলেকট্রনিক্সকে বিপ্লব করার সম্ভাবনা নিয়ে গবেষকদের প্ররোচিত করে চলেছে, রটকিন বলেছিলেন। কার্বিনের সাথে টানটি আরও বেশি, যদিও এটি গ্রাফিনের উপর একটি অন্তর্নির্মিত সুবিধা রয়েছে।
“গ্রাফিনের মতো, কার্বিনও ইলেক্ট্রনগুলিকে খুব দ্রুত চলাচল করতে দেয়,” রটকিন বলেছিলেন। “তবে, কার্বিনে একটি ‘সেমিকন্ডাক্টর গ্যাপ’ নামে কিছু রয়েছে যা এটি ট্রানজিস্টর তৈরির জন্য দরকারী করে তোলে, ছোট্ট স্যুইচগুলি যে পাওয়ার ইলেক্ট্রনিক্স। গ্রাফিন, অন্যদিকে, এই ব্যবধান নেই, সুতরাং এটি একইভাবে ব্যবহার করা যায় না।”
একটি সেমিকন্ডাক্টর গ্যাপ একটি ছোট শক্তি ব্যবধান যা কোনও উপাদানকে বৈদ্যুতিক স্রোতের জন্য স্যুইচ হিসাবে কাজ করতে দেয়। গ্রাফিন, এর খাঁটি আকারে, নিজের মধ্যে ট্রানজিস্টর হতে পারে না কারণ ইলেক্ট্রনগুলি সর্বদা এটির মাধ্যমে প্রবাহিত হতে পারে কারণ এটির এই ফাঁক নেই। গ্রাফিনকে বিভিন্ন সংযোজন এবং ম্যানিপুলেশনের মাধ্যমে ফাঁক রাখতে ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে তবে কার্বিনের স্বাভাবিকভাবেই ফাঁক রয়েছে। এর অর্থ ভবিষ্যতে কার্বিন-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক্স আজকের সিলিকন-ভিত্তিক প্রযুক্তির তুলনায় আরও সহজেই দ্রুত, আরও দক্ষ পারফরম্যান্স সরবরাহ করতে পারে।
অস্থিতিশীলতার সমস্যাটি সম্ভাব্যভাবে সমাধানের পাশাপাশি গবেষকদের নতুন সংশ্লেষণ পদ্ধতির ফলে কার্বিন তার দুর্দান্ত সম্ভাবনা পূরণে অন্য একটি রাস্তা ব্লক সমাধান করতে পারে। কার্বিন গবেষণার সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি এটি উল্লেখযোগ্য পরিমাণে উত্পাদন করছে। অতীতে, কেবলমাত্র উচ্চ তাপমাত্রা, তীব্র চাপ বা রাসায়নিকভাবে প্রতিক্রিয়াশীল পরিবেশের মতো চরম পরিস্থিতিতে কেবল অল্প পরিমাণে কার্বিন তৈরি করা যেতে পারে। এগুলি এমন কারণ যা বিজ্ঞানীদের পক্ষে এর বৈশিষ্ট্যগুলি পুরোপুরি অন্বেষণ করা কঠিন করে তুলেছে। যাইহোক, নতুন সংশ্লেষণ পদ্ধতি এটি পরিবর্তন করে।
এই নতুন পদ্ধতিটি কী দাঁড়ায় তা হ’ল এটি পুরানো কৌশলগুলির সাথে তুলনা করা কত সহজ এবং আরও কার্যকর, গবেষকরা বলেছেন। প্রথমত, দলটি একটি বিশেষ পূর্ববর্তী ব্যবহার করেছিল, যা মৃদু প্রারম্ভিক উপাদান হিসাবে কাজ করে, যাকে অনেক কম তাপমাত্রায় কার্বিন বাড়ানোর জন্য অ্যামোনিয়াম কোলেট বলা হয়। দ্বিতীয়ত, তারা কার্বিনের চারপাশে এক ধরণের প্রতিরক্ষামূলক শেল হিসাবে একক প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটুবগুলি ব্যবহার করেছিল, যা অতীতে ব্যবহৃত ঘন, বহু-স্তরযুক্ত টিউবগুলির চেয়ে অনেক ভাল কাজ করে। এই শেলটি ভঙ্গুর কার্বিনকে স্থিতিশীল রাখতে সহায়তা করে। অবশেষে, নতুন পদ্ধতিটি আগের তুলনায় অনেক বেশি কার্বিন উত্পাদন করে, যার অর্থ বিজ্ঞানীরা এখন এটি আরও বিশদভাবে অধ্যয়ন করতে পারেন এবং এটি কীভাবে বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে তা অনুসন্ধান করতে পারেন।
“এই কৌশলটির দুটি প্রধান অগ্রগতি হ’ল এর স্বল্প ব্যয় এবং উচ্চ ফলন,” রটকিন বলেছিলেন। “এটি মৌলিক বিজ্ঞানের উভয় ক্ষেত্রেই বিস্তৃত অধ্যয়নের দ্বার উন্মুক্ত করে এবং বাস্তব অ্যাপ্লিকেশনগুলির দিকে অগ্রসর হয়।”
কার্বন ন্যানোটুবের অভ্যন্তরে কার্বিনকে এনক্যাপসুলেট করে গবেষকরা এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি সংরক্ষণের একটি উপায়ও খুঁজে পেয়েছেন। ন্যানোটুবস প্রতিরক্ষামূলক শেল হিসাবে কাজ করে, কার্বিনকে ভেঙে যেতে বাধা দেয় এবং এখনও বিজ্ঞানীদের এটি প্রায় খাঁটি আকারে অধ্যয়ন করতে দেয়।
“গুরুত্বপূর্ণভাবে, একক প্রাচীর ন্যানোটুবগুলি কার্বিন চেইনকে খুব বেশি বিরক্ত করে না,” রটকিন উল্লেখ করেছিলেন। “এখানে কেবল মৃদু ভ্যান ডার ওয়েলস ইন্টারঅ্যাকশন রয়েছে – দুর্বল শক্তি যা কার্বিনকে ন্যানোট ्यूब দেয়ালগুলির সাথে বন্ধন ছাড়াই জায়গায় থাকতে দেয়।”
রিয়েল-ওয়ার্ল্ড অ্যাপ্লিকেশনগুলি এখনও প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে, কার্বিনের সম্ভাবনা বিশাল, রটকিন বলেছিলেন। যেহেতু এটি একটি দৃ strongly ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত উপাদান, এর বৈশিষ্ট্যগুলি শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানের বাইরেও প্রসারিত, যার অর্থ এটি পরবর্তী প্রজন্মের কম্পিউটিং এবং ন্যানো টেকনোলজিতে অ্যাপ্লিকেশন থাকতে পারে।
রটকিন বলেছিলেন, “এই জাতীয় উপাদানের জটিল আচরণ রয়েছে, যখন তারা তাদের স্বাভাবিক অবস্থায় থাকে এবং যখন তারা উত্তেজিত হয়,” রটকিন বলেছিলেন। “এর অর্থ আমরা কোয়ান্টাম উপকরণগুলি নিয়ে কাজ করছি, যা সম্পূর্ণ নতুন প্রযুক্তির দিকে নিয়ে যেতে পারে।”
গবেষণার সময় গবেষণা দলটিও একটি অপ্রত্যাশিত আবিষ্কার করেছিল। তারা দেখতে পেল যে একটি সাধারণ দ্রাবক – কোলেট, মানবদেহ জৈব যৌগগুলি দ্রবীভূত করার জন্য ব্যবহার করে এমন কোলিক অ্যাসিডের একটি লবণ – অতিরিক্ত জটিল পদক্ষেপ ছাড়াই কার্বিন চেইনে রূপান্তর করতে পারে।
“এটি একটি সম্পূর্ণ আশ্চর্য ছিল যে চোলেটের মতো একটি সাধারণ দ্রাবক কার্বিন চেইনে আর কোনও সমস্যা ছাড়াই রূপান্তর করতে পারে,” রটকিন বলেছিলেন। “এটি দেখিয়েছিল যে কীভাবে পরিচিত উপকরণগুলি উন্নত রসায়নে নতুন ভূমিকা নিতে পারে।”
যদিও কার্বিন সম্পর্কে অনেক প্রশ্ন উত্তরহীন রয়ে গেছে, রটকিন বলেছিলেন যে তিনি বিশ্বাস করেন যে এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ। বৃহত্তর পরিমাণে কার্বিন উত্পাদন করার একটি স্থিতিশীল উপায় সহ, গবেষকরা এখন এর সম্ভাবনা আরও গভীরভাবে অন্বেষণ করতে পারেন।
“অতীতে, অধ্যয়নের জন্য উপলব্ধ উপাদানের পরিমাণ এক বা দুটি গ্রুপের অস্তিত্ব নিশ্চিত করার জন্য সবেমাত্র যথেষ্ট ছিল,” রটকিন বলেছিলেন। “এখন, আমরা এর বৈশিষ্ট্য এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলি সত্যই বোঝার সুযোগ পেয়েছি।”
রটকিন, বো-ওয়েন জাং, শি-ইয়াং কিউ, কিংমেই হু, ইকামামা কোহাতা, শোহেই চিয়শি, কেইগো ওটসুকা এবং টোকিও বিশ্ববিদ্যালয়ের শিগিও মারুয়ামা সহ; ইয়েচেং এমএ, ইওংজিয়া ঝেং এবং রং জিজিজিআইএইং বিশ্ববিদ্যালয়; আইনা ফিট-প্যারেরা, দিমিত্রি আই লেভশভ, সোফি ক্যামব্রে এবং অ্যান্টওয়ার্প বিশ্ববিদ্যালয়ের উইম ওয়েনসিলিয়ার্স; ডালিয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের ইয়া ফেং; নাগোয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের ইউটাকা মাতসুও; এবং মেরিল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের ইউহুয়াং ওয়াং এবং চিউ জাংও এই গবেষণায় অবদান রেখেছেন। মারুয়ামা গবেষণা দলের নেতৃত্ব দিয়েছিলেন এবং কাগজের সংশ্লিষ্ট লেখক ছিলেন।
বিজ্ঞান প্রচারের জন্য মার্কিন জ্বালানি বিভাগ এবং জাপান সোসাইটি এই গবেষণাকে সমর্থন করেছে।