NMR গবেষণা ব্যাটারি, সেমিকন্ডাক্টর ও বায়োপ্লাস্টিকসে আরও গভীরে প্রবেশ করছে

একটি পুরনো কৌশলকে আধুনিক জ্বালানি হাতিয়ার হিসেবে নতুনভাবে উপস্থাপন করা হচ্ছে

যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি অফ দ্য রকিজের গবেষকেরা একটি পরিচিত, কিন্তু প্রায়ই সীমিতভাবে ব্যবহৃত কৌশলকে জ্বালানি উদ্ভাবনে আরও বড় ভূমিকা দেওয়ার পক্ষে যুক্তি দিচ্ছেন। তাঁদের যুক্তির কেন্দ্রে রয়েছে নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স, বা NMR, একটি পদ্ধতি যা দীর্ঘদিন ধরে নিয়মিত রসায়ন-নিশ্চয়তার সঙ্গে যুক্ত, কিন্তু এখন ব্যাটারি, সেমিকন্ডাক্টর, বায়োপ্লাস্টিকস ও অন্যান্য উন্নত উপকরণকে পারমাণবিক স্তরে অনুসন্ধানের আরও বহুমুখী উপায় হিসেবে প্রচার করা হচ্ছে।

এই প্রার্থীর সঙ্গে দেওয়া নিবন্ধটি NMR সুবিধা পরিচালক বেনেট অ্যাডিসনের উত্থাপিত একটি সহজ কিন্তু তাৎপর্যপূর্ণ প্রশ্নকে ঘিরে এই প্রচেষ্টাকে ফ্রেম করেছে: গবেষকেরা কি সত্যিই তারা যা ভেবেছিলেন তাই তৈরি করেছেন? ল্যাবরেটরিতে, সেই প্রশ্ন কাগজে সঠিক দেখানো একটি উপাদান আর এমন একটি উপাদানের মধ্যে পার্থক্য গড়ে দিতে পারে যা বাস্তবে ডিভাইস বা উৎপাদন পরিবেশে উদ্দেশ্য অনুযায়ী কাজ করে। একটি সেমিকন্ডাক্টর বাইরে থেকে নিখুঁত দেখালেও কর্মক্ষমতায় পিছিয়ে থাকতে পারে। একটি কৃত্রিম তন্তু দৃঢ় মনে হলেও অপ্রত্যাশিতভাবে ভেঙে পড়তে পারে। উভয় ক্ষেত্রেই, উৎসের মতে, উপেক্ষিত পারমাণবিক-স্তরের গঠনই সমস্যা হতে পারে।

NMR-কে সেই অনিশ্চয়তা দূর করার হাতিয়ার হিসেবে উপস্থাপন করা হয়েছে। চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে পারমাণবিক গঠন অধ্যয়নের মাধ্যমে, এই কৌশল গবেষকদের সাহায্য করতে পারে উপাদানের ভেতরে আসলে কী আছে তা শনাক্ত করতে, শুধু সংশ্লেষণ পরিকল্পনা বা উৎপাদন সংক্রান্ত অনুমান অনুযায়ী কী থাকা উচিত তা নয়।

“ব্রেড-অ্যান্ড-বাটার” স্ক্যানের বাইরে

উৎস পাঠ্যটি রুটিন NMR ব্যবহার এবং অ্যাডিসন ও তাঁর সহকর্মীরা যেটি পরের ধাপে উৎসাহিত করতে চান তার মধ্যে একটি পার্থক্য টানে। অনেক ল্যাবরেটরিতে, জৈব রসায়নবিদেরা সাধারণ স্ক্যান ব্যবহার করেন মূলত এই যাচাই করতে যে প্রারম্ভিক রাসায়নিকগুলি সঠিকভাবে বিক্রিয়া করেছে কি না এবং একটি বিশুদ্ধ চূড়ান্ত উৎপাদন দিয়েছে কি না। এই স্ক্যানগুলো উপকারী, কিন্তু উদ্দেশ্যের দিক থেকে সীমিত। প্রশিক্ষণ শেষে অনেক গবেষক সেগুলি স্বাধীনভাবে চালাতে পারেন।

আরও উচ্চাকাঙ্ক্ষী সুযোগটি রয়েছে কম ব্যবহৃত NMR পদ্ধতিগুলিতে, যেগুলি মৌলিক নিশ্চয়তার বাইরে যায়। উৎসে বর্ণিত অ্যাডিসনের দৃষ্টিভঙ্গি হলো, এই অ-রুটিন পদ্ধতিগুলি অনেক শিল্প ও গবেষকের ধারণার চেয়ে বেশি প্রযোজ্য। সংশ্লেষণের শেষে কেবল একটি চেকপয়েন্ট হিসেবে কাজ করার বদলে, NMR একটি অনুসন্ধানী হাতিয়ার হয়ে উঠতে পারে যা ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন একটি আশাব্যঞ্জক উপাদান প্রত্যাশা পূরণ করছে না, একটি গঠন প্রত্যাশা থেকে কীভাবে আলাদা, অথবা উৎপাদন প্রক্রিয়ার কোথায় লুকানো ত্রুটি ঢুকে পড়ছে।

এটি জ্বালানি ও উপকরণ গবেষণায় গুরুত্বপূর্ণ, কারণ কর্মক্ষমতা প্রায়ই সূক্ষ্ম পারমাণবিক বিন্যাসের ওপর নির্ভর করে। চার্জ অকার্যকরভাবে সংরক্ষণ করে এমন একটি ব্যাটারি উপাদান, অপ্রত্যাশিত ত্রুটিযুক্ত একটি সেমিকন্ডাক্টর, বা খুব দ্রুত অবক্ষয়শীল একটি পলিমার উন্নতির আগে গঠনগত ব্যাখ্যা চাইতে পারে। ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি অফ দ্য রকিজের প্রতিবেদনকৃত প্রচেষ্টা মূলত NMR কী করতে পারে সে সম্পর্কে গবেষণার কল্পনাকে প্রসারিত করার একটি উদ্যোগ।

সেমিকন্ডাক্টর একটি স্পষ্ট লক্ষ্য

উৎস পাঠ্যের সবচেয়ে স্পষ্ট উদাহরণগুলির একটি আসে সেমিকন্ডাক্টর গবেষণা থেকে। নিবন্ধে বলা হয়েছে, কোম্পানিরা ভাবতে পারে তারা উচ্চমানের একটি সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করেছে, কিন্তু বাস্তব কর্মক্ষমতা প্রত্যাশার সঙ্গে মেলে না। NMR-কে এমন ত্রুটি শনাক্ত করার উপায় হিসেবে বর্ণনা করা হয়েছে যা অন্যথায় ধরা পড়ত না।

এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ সেমিকন্ডাক্টর উন্নয়ন ক্রমশ উপকরণ ও নির্মাণ প্রক্রিয়ার ওপর আরও সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের ওপর নির্ভর করে। যদি পারমাণবিক-স্তরের অসম্পূর্ণতা প্রত্যাশিত আচরণকে বিকৃত করে, তবে সেই সমস্যাগুলি আরও স্পষ্টভাবে নির্ণয় করতে সক্ষম একটি ডায়াগনস্টিক কৌশল কৌশলগতভাবে মূল্যবান হয়ে ওঠে। উৎসে গবেষক রস কার্নারকে এমন একজন হিসেবে তুলে ধরা হয়েছে, যার স্নাতকোত্তর অধ্যয়নে NMR-এর পূর্বপরিচয় থাকার কারণে তিনি ল্যাবে এসে সেই মূল্য দেখাতে সাহায্য করেছিলেন।

বৃহত্তর তাৎপর্য হলো, NMR অন্য উপাদান-বিশ্লেষণ সরঞ্জামগুলিকে প্রতিস্থাপন করে না, বরং এটি গঠন ও ত্রুটি-রসায়নের এমন মাত্রা প্রকাশ করতে পারে যা গবেষকেরা এখন কম ব্যবহার করছেন। যেখানে যুক্তরাষ্ট্রের প্রতিযোগিতামূলক সক্ষমতা উন্নত উপকরণের ওপর নির্ভরশীল, সেখানে নির্ণয় ক্ষমতায় সামান্য উন্নতিও গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।

সম্ভাব্য পরিসর ব্যাটারি, বায়োপ্লাস্টিকস ও গুরুত্বপূর্ণ উপকরণ পর্যন্ত বিস্তৃত

গল্পটি ব্যাটারি, সেমিকন্ডাক্টর এবং বায়োপ্লাস্টিকসকেও একই সুযোগের ছাতার নিচে রাখে। এই গোষ্ঠীকরণ তাৎপর্যপূর্ণ, কারণ এটি ইঙ্গিত করে NMR-এর উপযোগিতা রসায়ন বা ইলেকট্রনিক্সের কোনো একটি ছোট ক্ষেত্রের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। বরং, এই পদ্ধতিকে জ্বালানি সঞ্চয়, উপকরণ উৎপাদন এবং রাসায়নিক উদ্ভাবনের সঙ্গে সম্পর্কিত একটি ক্রস-কাটিং বিশ্লেষণী সক্ষমতা হিসেবে উপস্থাপন করা হচ্ছে।

ব্যাটারির ক্ষেত্রে, পারমাণবিক-স্তরের গঠন চার্জ পরিবহন, স্থায়িত্ব, আয়ু এবং উৎপাদনযোগ্যতাকে প্রভাবিত করতে পারে। বায়োপ্লাস্টিকস ও কৃত্রিম তন্তুর ক্ষেত্রে, অণুর বিন্যাস স্থায়িত্ব ও ভাঙন-আচরণকে আকার দিতে পারে। এই সব ক্ষেত্রে, উৎসের যুক্তি হলো, গবেষকেরা লুকানো কাঠামোগত বিশদ কতবার হতাশাজনক ফলাফলের জন্য দায়ী, তা হয়তো কম মূল্যায়ন করছেন।

নিবন্ধে যেমন বলা হয়েছে, অ্যাডিসনের অবস্থান হলো, বিজ্ঞানীরা যদি মানক কর্মপ্রবাহের বাইরে গিয়ে অনুসন্ধান করতে রাজি হন, তবে অধিকাংশ গবেষণা ক্ষেত্রে NMR প্রায় নিশ্চিতভাবেই উপযোগী হওয়ার কোনো না কোনো উপায় আছে। এটি একক কোনো সর্বজনীন সমাধানের দাবি নয়। এটি বিশেষত জাতীয় জ্বালানি, রাসায়নিক, উপকরণ ও গুরুত্বপূর্ণ খনিজ অগ্রাধিকারের সঙ্গে যুক্ত প্রয়োগমূলক গবেষণায়, কৌশলটির কম ব্যবহৃত মোডগুলির সঙ্গে বিস্তৃত পরীক্ষণের আহ্বান।

এটি কেবল ল্যাব-পদ্ধতির গল্প নয়, প্রতিযোগিতার যুক্তি

যা এই লেখাটিকে একটি সাধারণ ল্যাবরেটরি প্রোফাইলের চেয়ে বেশি ওজন দেয়, তা হলো এর স্পষ্ট প্রতিযোগিতামূলক দৃষ্টিকোণ। উৎস বলছে, উন্নত NMR পদ্ধতির বিস্তৃত ব্যবহার স্বদেশি উদ্ভাবনকে এগিয়ে নিতে সাহায্য করতে পারে এবং আরও গবেষক এগুলি গ্রহণ করলে যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি, রাসায়নিক, উপকরণ ও গুরুত্বপূর্ণ খনিজ শিল্পকে বাড়তি সুবিধা দিতে পারে।

এই কাঠামো একটি বিশ্লেষণী যন্ত্রকে শিল্প-নীতির সঙ্গে যুক্ত করে। উন্নত নির্ণয় প্রোটোটাইপ থেকে উপযোগী পণ্য পর্যন্ত দূরত্ব কমাতে পারে, কারণ এটি ব্যর্থতার স্থানগুলো আগে থেকেই প্রকাশ করে। এটি এমন একটি উপকরণ অপ্টিমাইজ করতে গিয়ে নষ্ট হওয়া শ্রমও কমাতে পারে, যা তার নির্মাতারা ভেবেছিলেন সেরকম কাঠামোয় আদৌ ছিল না। উন্নয়নচক্র যেখানে ব্যয়বহুল ও জটিল, সেখানে এই ধরনের স্বচ্ছতার মূল্য অনেক বড় হতে পারে।

নিবন্ধটি NMR-কে নতুন আবিষ্কার হিসেবে উপস্থাপন করে না। বরং, এর একটি মূল বক্তব্য হলো 80 বছরের পুরনো কৌশলটিতেও এখনও অনাবিষ্কৃত সম্ভাবনা থাকতে পারে। তাই গল্পটি প্রচলিত অর্থে নতুনত্বের চেয়ে পুনরাবিষ্কারের কথা বেশি বলে: প্রতিষ্ঠিত একটি বৈজ্ঞানিক পদ্ধতিকে নিয়ে সেটিকে আজকের জ্বালানি ও উপকরণ চ্যালেঞ্জে আরও আক্রমণাত্মকভাবে প্রয়োগ করা।

এটি কেন গুরুত্বপূর্ণ

উদীয়মান প্রযুক্তি নিয়ে প্রতিবেদন প্রায়ই নতুন যন্ত্র, নতুন স্টার্টআপ বা নতুন নীতি-সংকুলের ওপর কেন্দ্রীভূত হয়। এই গল্প উদ্ভাবনের একটি ভিন্ন স্তরের দিকে ইঙ্গিত করে: এমন বিশ্লেষণী সরঞ্জাম, যা নির্ধারণ করে উচ্চাকাঙ্ক্ষী উপকরণ-ধারণাগুলি বাস্তবতার মুখোমুখি হয়ে টিকে থাকে কি না। গবেষকেরা যদি তারা কী তৈরি করেছেন তা নির্ভরযোগ্যভাবে নির্ণয় করতে না পারেন, তবে ব্যাটারি, সেমিকন্ডাক্টর ও টেকসই উপকরণে অগ্রগতি বাণিজ্যিকীকরণের অনেক আগেই ধীর হয়ে যায়।

ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি অফ দ্য রকিজ দল কার্যত বলছে, একধরনের বাধা প্রযুক্তিগত যেমন, তেমনি সাংস্কৃতিকও। বিজ্ঞানীরা NMR চেনেন, কিন্তু অনেকেই এখনও এটি সীমিতভাবে ব্যবহার করেন। এই ব্যবহার প্রসারিত করলে এমন এক সময়ে আরও ভালো উত্তর পাওয়া যেতে পারে, যখন জ্বালানি ব্যবস্থা ও উপকরণ সরবরাহ শৃঙ্খল দ্রুত উন্নতির চাপের মধ্যে রয়েছে।

তাই এটি কেবল একটি ল্যাবরেটরি কৌশলের প্রোফাইল নয়। এটি স্মরণ করিয়ে দেয় যে সাফল্য নির্ভর করে শুধু নতুন উপকরণ উদ্ভাবনের ওপর নয়, বিদ্যমান উপকরণগুলিকে আরও স্পষ্টভাবে দেখার ওপরও। সেই অর্থে, প্রতিবেদনিত কাজটি নিজেই আবিষ্কারের অবকাঠামো উন্নত করার কথা বলছে।

এই নিবন্ধটি CleanTechnica-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.