বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা উদ্ভিদ বর্জ্যের মতো পরিবেশ বান্ধব উত্স থেকে উচ্চ-পারফরম্যান্স উপকরণ বিকাশ করছেন। একটি মূল উপাদান, লিগনোসেলুলোজ – কাঠ এবং অনেক উদ্ভিদে পাওয়া যায় – এর বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত করতে সহজেই সংগ্রহ এবং রাসায়নিকভাবে সংশোধন করা যায়।
এই ধরণের রাসায়নিক পরিবর্তনগুলি ব্যবহার করে গবেষকরা উন্নত উপকরণ এবং টেকসইভাবে ডিজাইন এবং তৈরির নতুন উপায় তৈরি করছেন। প্রতি বছর বিশ্বব্যাপী উত্পাদিত প্রায় 181.5 বিলিয়ন টন কাঠ সহ এটি বৃহত্তম পুনর্নবীকরণযোগ্য উপাদান উত্সগুলির মধ্যে একটি।
ফ্লোরিডা আটলান্টিক বিশ্ববিদ্যালয়ের কলেজ অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড কম্পিউটার সায়েন্সের গবেষকরা এবং মিয়ামি এবং ওক রিজ জাতীয় পরীক্ষাগার বিশ্ববিদ্যালয়ের সহযোগী, ন্যানোস্কেলে অত্যন্ত শক্ত খনিজ যুক্ত করা কাঠের কোষের দেয়ালগুলিকে আরও শক্তিশালী করে তুলতে পারে কিনা তা জানতে চেয়েছিলেন – পরিবেশের জন্য কাঠের ভারী, ব্যয়বহুল বা খারাপ না করে। অল্প অধ্যয়নগুলি তদন্ত করেছে যে কীভাবে চিকিত্সা করা কাঠ বিভিন্ন স্কেলে সম্পাদন করে এবং কোনওটিই সরাসরি কোষের দেয়ালগুলিতে অজৈব খনিজগুলি অন্তর্ভুক্ত করে কাঠের পুরো টুকরো সফলভাবে শক্তিশালী করতে পারেনি।
গবেষণা দলটি রিং-পোরস কাঠ নামে পরিচিত একটি বিশেষ ধরণের শক্ত কাঠের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছিল, যা ওক, ম্যাপেল, চেরি এবং আখরোটের মতো প্রশস্ত পাতার গাছ থেকে আসে। এই গাছগুলিতে কাঠের মধ্যে বড়, রিং-আকৃতির পাত্রগুলি রয়েছে যা শিকড় থেকে পাতাগুলিতে জল পরিবহন করে। অধ্যয়নের জন্য, গবেষকরা উত্তর আমেরিকার একটি সাধারণ শক্ত কাঠ রেড ওক ব্যবহার করেছিলেন এবং একটি সাধারণ রাসায়নিক প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে কাঠের মধ্যে একটি লোহার যৌগটি প্রবর্তন করেছিলেন। পটাসিয়াম হাইড্রোক্সাইডের সাথে ফেরিক নাইট্রেট মিশ্রিত করে, তারা ফেরিহাইড্রাইট তৈরি করেছিল, এটি সাধারণত মাটি এবং জলে পাওয়া যায় এমন একটি আয়রন অক্সাইড খনিজ।
জার্নালে প্রকাশিত অধ্যয়নের ফলাফল এসিএস প্রয়োগ উপকরণ এবং ইন্টারফেসপ্রকাশিত হয়েছে যে ন্যানোক্রিস্টালাইন আয়রন অক্সিহাইড্রক্সাইড নামে একটি নিরাপদ খনিজ ব্যবহার করে একটি সহজ, ব্যয়বহুল রাসায়নিক পদ্ধতি কেবলমাত্র অল্প পরিমাণে অতিরিক্ত ওজন যুক্ত করার সময় কাঠের মধ্যে ক্ষুদ্র কোষের দেয়ালগুলিকে শক্তিশালী করতে পারে। যদিও অভ্যন্তরীণ কাঠামোটি আরও টেকসই হয়ে উঠেছে, কাঠের সামগ্রিক আচরণ – যেমন এটি কীভাবে বাঁকানো বা বিরতি দেয় – মূলত অপরিবর্তিত ছিল। এটি সম্ভবত কারণ চিকিত্সা পৃথক কাঠের কোষগুলির মধ্যে সংযোগগুলিকে দুর্বল করে দেয়, কীভাবে উপাদানগুলি বৃহত্তর আকারে একসাথে ধারণ করে তা প্রভাবিত করে।
অনুসন্ধানগুলি পরামর্শ দেয় যে সঠিক রাসায়নিক চিকিত্সার সাহায্যে কাঠ এবং অন্যান্য উদ্ভিদ-ভিত্তিক উপকরণগুলির ওজন বাড়ানো বা পরিবেশের ক্ষতি না করে শক্তি বাড়ানো সম্ভব। এই বায়ো-ভিত্তিক উপকরণগুলি একদিন লম্বা বিল্ডিং, সেতু, আসবাব এবং মেঝে যেমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ইস্পাত এবং কংক্রিটের মতো traditional তিহ্যবাহী নির্মাণ সামগ্রীগুলি প্রতিস্থাপন করতে পারে।
“উড, অনেকগুলি প্রাকৃতিক উপকরণের মতো বিভিন্ন স্তর এবং বিভিন্ন স্কেলগুলিতে একটি জটিল কাঠামো রয়েছে। কাঠের ভাল্লুকগুলি কীভাবে বোঝা এবং শেষ পর্যন্ত ব্যর্থ হয় তা সত্যই বুঝতে, এই বিভিন্ন স্তরের জুড়ে এটি পরীক্ষা করা অপরিহার্য,” ভিভিয়ান মের্ক, পিএইচডি, সিনিয়র এবং কেবার বিভাগের একজন সহকারী অধ্যাপক, ফাউ ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগের, ফাউডিক্যাল বিভাগের বিভাগ, শ্মিড্ট কলেজ অফ সায়েন্স। “আমাদের হাইপোথিসিসটি পরীক্ষা করার জন্য – কোষের দেয়ালে ক্ষুদ্র খনিজ স্ফটিক যুক্ত করা তাদের শক্তিশালী করবে – আমরা ন্যানোস্কেল এবং ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেল উভয় ক্ষেত্রেই বিভিন্ন ধরণের যান্ত্রিক পরীক্ষা নিযুক্ত করেছি।”
অধ্যয়নের জন্য, গবেষকরা খুব ছোট আকারে কাঠটি পরীক্ষা করার জন্য পারমাণবিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপি (এএফএম) এর মতো উন্নত সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করেছিলেন, যাতে তারা কঠোরতা এবং স্থিতিস্থাপকতা হিসাবে বৈশিষ্ট্যগুলি পরিমাপ করতে দেয়। বিশেষত, তারা এএম-এফএম (প্রশস্ততা মড্যুলেশন-ফ্রিকোয়েন্সি মড্যুলেশন) নামে একটি কৌশল নিযুক্ত করেছে, যা এএফএম টিপকে দুটি পৃথক ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে স্পন্দিত করে। একটি ফ্রিকোয়েন্সি বিশদ পৃষ্ঠের চিত্রগুলি উত্পন্ন করে, অন্যটি উপাদানটির স্থিতিস্থাপকতা এবং আঠালোতা পরিমাপ করে। এই পদ্ধতিটি তাদের খনিজগুলির সাথে চিকিত্সা করার পরে কীভাবে কাঠের কোষের দেয়ালগুলি পরিবর্তন করা হয়েছিল তার একটি সুনির্দিষ্ট দৃষ্টিভঙ্গি দিয়েছে।
অধিকন্তু, দলটি একটি স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (এসইএম) এর মধ্যে ন্যানোইন্ডেন্টেশন পরীক্ষা পরিচালনা করেছিল, যেখানে ছোট ছোট প্রোবগুলি বিভিন্ন অঞ্চলে তার প্রতিক্রিয়া পরিমাপের জন্য কাঠের মধ্যে চাপানো হয়েছিল। তাদের বিশ্লেষণকে ঘিরে রাখতে, তারা স্ট্যান্ডার্ড যান্ত্রিক পরীক্ষাগুলি সম্পাদন করে – যেমন চিকিত্সা না করা এবং চিকিত্সা করা কাঠের নমুনা উভয়কেই বাঁকানো – তাদের সামগ্রিক শক্তি এবং কীভাবে তারা চাপের মধ্যে ভেঙে যায় তা মূল্যায়নের জন্য।
“বিভিন্ন স্তরে কাঠের দিকে তাকিয়ে-কোষের দেয়ালের অভ্যন্তরের মাইক্রোস্কোপিক কাঠামো থেকে পুরো কাঠের পুরো টুকরো পর্যন্ত-আমরা কীভাবে বাস্তব-বিশ্বের ব্যবহারের জন্য প্রাকৃতিক উপকরণগুলি রাসায়নিকভাবে উন্নত করতে পারি সে সম্পর্কে আরও জানতে সক্ষম হয়েছি,” মার্ক বলেছেন।
ছোট এবং বৃহত আকারের পরীক্ষার এই সংমিশ্রণটি গবেষকদের বুঝতে সহায়তা করেছিল যে কীভাবে চিকিত্সা কোষের দেয়ালের অভ্যন্তরে সূক্ষ্ম বিবরণ এবং কাঠের সামগ্রিক শক্তি উভয়কেই প্রভাবিত করেছিল।
“এই গবেষণাটি টেকসই উপকরণ বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি এবং পরিবেশ-বান্ধব নির্মাণ ও নকশার দিকে অর্থবহ পদক্ষেপের চিহ্নিত করেছে,” কলেজ অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড কম্পিউটার সায়েন্সের ডিন স্টেলা বাটালামা বলেছেন। “পরিবেশগতভাবে সচেতন এবং ব্যয়বহুল পদ্ধতির মাধ্যমে প্রাকৃতিক কাঠকে শক্তিশালী করার মাধ্যমে, আমাদের গবেষকরা স্ট্রাকচারাল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ইস্পাত এবং কংক্রিটের মতো traditional তিহ্যবাহী উপকরণগুলি প্রতিস্থাপনের সম্ভাবনা রয়েছে এমন একটি নতুন প্রজন্মের বায়ো-ভিত্তিক উপকরণগুলির একটি নতুন প্রজন্মের জন্য ভিত্তি তৈরি করছেন। এই কাজের প্রভাব ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ক্ষেত্রের বাইরে অনেক বেশি পৌঁছায়-এটি কার্বন নিঃসরণকে হ্রাস করার জন্য অবদান রাখে, এবং অর্জিত হয়, এবং অর্জিত হয়, অবকাঠামো। “
অধ্যয়ন সহ-লেখকরা হলেন স্টিভেন এ। সোইনি, একজন পিএইচডি। এফএইউ কলেজ অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড কম্পিউটার সায়েন্স এবং এফএইউ চার্লস ই। শ্মিট কলেজ অফ সায়েন্স থেকে স্নাতক; ইনম লালানি, একজন পিএইচডি। মিয়ামি বিশ্ববিদ্যালয়ের শিক্ষার্থী; ম্যাথিউ এল মারন, পিএইচডি, মিয়ামি বিশ্ববিদ্যালয়ের ডক্টরাল গবেষক; এফএইউ কলেজ অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড কম্পিউটার সায়েন্সের স্নাতক শিক্ষার্থী ডেভিড গঞ্জালেজ; হাসান মাহফুজ, পিএইচডি, সমুদ্র ও মেকানিকাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের এফএইউ বিভাগের অধ্যাপক; এবং নিউস ডোমিংগো-মেরিমন, পিএইচডি, সিনিয়র আর অ্যান্ড ডি স্টাফ সায়েন্টিস্ট, ফাংশনাল পারমাণবিক বাহিনী মাইক্রোস্কোপি গ্রুপের গ্রুপ লিডার, ওক রিজ জাতীয় পরীক্ষাগারের জন্য।