NMR संशोधन बॅटऱ्या, सेमीकंडक्टर आणि बायोप्लास्टिक्समध्ये अधिक खोलवर जात आहे

जुनी तंत्रे आधुनिक ऊर्जा साधन म्हणून पुन्हा मांडली जात आहेत

अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाच्या नॅशनल लॅबोरेटरी ऑफ द रॉकीजमधील संशोधक परिचित पण अनेकदा मर्यादित वापरल्या जाणाऱ्या तंत्राला ऊर्जा नवोपक्रमात अधिक मोठी भूमिका मिळावी, असा युक्तिवाद करत आहेत. त्यांच्या युक्तिवादाच्या केंद्रस्थानी न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रिझोनन्स, किंवा NMR, ही पद्धत आहे. ही पद्धत दीर्घकाळ नियमित रसायनशास्त्रीय पुष्टीशी जोडलेली होती, पण आता बॅटऱ्या, सेमीकंडक्टर, बायोप्लास्टिक्स आणि इतर प्रगत साहित्यांचे अणु-स्तरावर परीक्षण करण्यासाठी अधिक बहुपयोगी मार्ग म्हणून पुढे आणली जात आहे.

या उमेदवारासोबतच्या लेखात NMR सुविधा संचालक बेनेट अ‍ॅडिसन यांनी विचारलेल्या साध्या पण महत्त्वाच्या प्रश्नाभोवती हा प्रयत्न मांडला आहे: संशोधकांनी खरंच तेच तयार केले का जे त्यांना वाटते? प्रयोगशाळेत, हा प्रश्न कागदावर बरोबर दिसणाऱ्या आणि प्रत्यक्षात उपकरण किंवा उत्पादन वातावरणात अपेक्षेप्रमाणे वागणाऱ्या साहित्यामधील फरक ठरवू शकतो. एखादा सेमीकंडक्टर बाहेरून निर्दोष दिसू शकतो, पण कामगिरीत कमी पडू शकतो. एखादा कृत्रिम तंतू मजबूत वाटू शकतो, पण अनपेक्षितपणे तुटू शकतो. दोन्ही बाबतींत, स्रोताच्या मते, दुर्लक्षित अणु-स्तरीय रचना समस्या असू शकते.

NMR हेच अनिश्चितता दूर करणारे साधन म्हणून सादर केले आहे. चुंबकीय क्षेत्रांचा वापर करून अणु रचना अभ्यासल्याने, हे तंत्र संशोधकांना एखाद्या साहित्याच्या आत प्रत्यक्षात काय आहे ते ओळखण्यास मदत करू शकते, केवळ संश्लेषण योजना किंवा उत्पादन गृहितके काय असायला हवीत ते नव्हे.

“ब्रेड-अँड-बटर” स्कॅनच्या पलीकडे

स्रोत मजकूर नियमित NMR वापर आणि अ‍ॅडिसन व सहकाऱ्यांना पुढे प्रोत्साहन द्यायचे असलेले पुढचे टप्पे यांत फरक करतो. अनेक प्रयोगशाळांमध्ये, सेंद्रिय रसायनशास्त्रज्ञ मानक स्कॅनचा वापर मुख्यतः प्रारंभिक रसायनांनी योग्य प्रतिक्रिया दिली का आणि शुद्ध अंतिम उत्पादन मिळाले का, हे तपासण्यासाठी करतात. ते स्कॅन उपयुक्त असतात, पण उद्देशाने मर्यादित असतात. प्रशिक्षणानंतर अनेक संशोधक त्यांना स्वतंत्रपणे चालवू शकतात.

अधिक महत्त्वाची संधी कमी वापरल्या जाणाऱ्या NMR पद्धतींमध्ये आहे ज्या मूलभूत पुष्टीपलीकडे जातात. स्रोतामध्ये वर्णन केल्याप्रमाणे, अ‍ॅडिसन यांचे मत असे आहे की या गैर-नियमित पद्धती अनेक उद्योग आणि संशोधकांना वाटते त्यापेक्षा अधिक व्यापकपणे लागू होऊ शकतात. संश्लेषणाच्या शेवटी केवळ तपासणी टप्पा म्हणून न राहता, NMR एक शोधक साधन बनू शकते जे एखादे आशादायक साहित्य अपेक्षांवर का उतरले नाही, रचना अपेक्षांपासून कशी वेगळी आहे, किंवा उत्पादन प्रक्रियेत लपलेले दोष कुठे येतात हे समजावून सांगण्यास मदत करेल.

ऊर्जा आणि साहित्य कार्यात हे महत्त्वाचे आहे, कारण कामगिरी अनेकदा सूक्ष्म अणु मांडणीवर अवलंबून असते. चार्ज अकार्यक्षमपणे साठवणारे बॅटरी साहित्य, अनपेक्षित दोष असलेला सेमीकंडक्टर, किंवा खूप लवकर ऱ्हास होणारा पॉलिमर, सुधारणा करण्यापूर्वी संरचनात्मक स्पष्टीकरण मागू शकतो. नॅशनल लॅबोरेटरी ऑफ द रॉकीजचा हा प्रयत्न मूलतः NMR काय करू शकते याबद्दल संशोधन कल्पनाशक्ती विस्तृत करण्याचा आहे.

सेमीकंडक्टर हे एक स्पष्ट लक्ष्य

स्रोत मजकुरातील सर्वात स्पष्ट उदाहरणांपैकी एक सेमीकंडक्टर संशोधनातून येते. लेखात नमूद केले आहे की कंपन्यांना वाटू शकते की त्यांनी उच्च-गुणवत्तेचा सेमीकंडक्टर तयार केला आहे, पण प्रत्यक्ष कामगिरी अपेक्षांशी जुळत नाही. NMR हे अशा दोषांची ओळख करून देणारे साधन म्हणून वर्णन केले आहे, जे अन्यथा लक्षात येणार नाहीत.

हे महत्त्वाचे आहे, कारण सेमीकंडक्टर विकास अधिकाधिक अचूक साहित्य आणि निर्मिती नियंत्रणावर अवलंबून आहे. जर अणु-स्तरीय अपूर्णता अपेक्षित वर्तन बिघडवत असतील, तर त्या समस्यांना अधिक स्पष्टपणे विशद करणारे निदान तंत्र रणनीतिकदृष्ट्या मौल्यवान ठरते. स्रोतामध्ये संशोधक रॉस केर्नर यांना अधोरेखित केले आहे, ज्यांचे पदव्युत्तर अभ्यासातील NMRचा पूर्वानुभव प्रयोगशाळेत आल्यावर त्या मूल्याचे प्रदर्शन करण्यात उपयुक्त ठरला.

याचा व्यापक अर्थ असा नाही की NMR इतर साहित्य-विश्लेषण साधनांची जागा घेते, तर ते रचना आणि दोष-रसायनशास्त्राचे असे पैलू उघड करू शकते, जे संशोधक सध्या कमी वापरत आहेत. जिथे अमेरिकेची स्पर्धात्मकता प्रगत साहित्यांवर अवलंबून आहे, तिथे निदान क्षमतेतील अगदी किरकोळ वाढही महत्त्वाची ठरू शकते.

संभाव्य व्याप्ती बॅटऱ्या, बायोप्लास्टिक्स आणि महत्त्वाच्या साहित्यांपर्यंत

कथा बॅटऱ्या, सेमीकंडक्टर आणि बायोप्लास्टिक्स या सर्वांना एकाच संधीच्या चौकटीत ठेवते. हे गटवाटप उल्लेखनीय आहे, कारण त्यातून NMRची उपयुक्तता रसायनशास्त्र किंवा इलेक्ट्रॉनिक्सच्या एका छोट्या कोनापुरती मर्यादित नाही हे सूचित होते. उलट, या पद्धतीला ऊर्जा साठवण, साहित्य उत्पादन आणि रासायनिक नवोपक्रमाशी संबंधित एक व्यापक विश्लेषणात्मक क्षमता म्हणून मांडले जात आहे.

बॅटऱ्यांसाठी, अणु-स्तरीय रचना चार्ज वाहतूक, स्थिरता, आयुष्य आणि उत्पादनक्षमता यांवर परिणाम करू शकते. बायोप्लास्टिक्स आणि कृत्रिम तंतूंसाठी, रेणूंची मांडणी टिकाऊपणा आणि विघटन वर्तन आकारू शकते. या सर्व क्षेत्रांमध्ये, स्रोताचा युक्तिवाद आहे की संशोधक लपलेल्या संरचनात्मक तपशीलांमुळे निराशाजनक परिणाम किती वेळा होतात, याचा कमी अंदाज घेत असतील.

लेखात सांगितल्याप्रमाणे, वैज्ञानिक मानक कार्यप्रवाहापलीकडे जाण्यास तयार असतील तर बहुतेक संशोधन क्षेत्रांत NMR उपयुक्त ठरण्याचा काही ना काही मार्ग “बहुधा नक्कीच” आहे, असे अ‍ॅडिसन यांचे मत आहे. हा एक सार्वत्रिक उपाय असल्याचा दावा नाही. राष्ट्रीय ऊर्जा, रसायन, साहित्य आणि महत्त्वाच्या खनिज प्राधान्यांशी निगडित अनुप्रयुक्त संशोधनात या तंत्राच्या कमी वापरल्या जाणाऱ्या प्रकारांवर अधिक व्यापक प्रयोग करण्याचे ते आवाहन आहे.

हा केवळ प्रयोगशाळा-पद्धतीचा नाही, तर स्पर्धात्मकतेचा युक्तिवाद आहे

या लेखाला एका सामान्य प्रयोगशाळा प्रोफाइलपेक्षा अधिक वजन देणारी गोष्ट म्हणजे त्याचा स्पष्ट स्पर्धात्मक दृष्टिकोन. स्रोत म्हणतो की प्रगत NMR पद्धतींचा व्यापक वापर देशी नवोपक्रमाला चालना देऊ शकतो आणि अधिक संशोधकांनी त्या स्वीकारल्यास अमेरिकेच्या ऊर्जा, रसायन, साहित्य आणि महत्त्वाच्या खनिज उद्योगांना आघाडी मिळू शकते.

हे मांडणी एक विश्लेषणात्मक साधन औद्योगिक धोरणाशी जोडते. चांगले निदान प्रोटोटाइप आणि उपयोगी उत्पादन यांमधील अंतर कमी करू शकते, कारण ते अपयशाची ठिकाणे आधीच उघड करते. ते अशा साहित्याला अनुकूल करण्यात वाया जाणारा प्रयत्नही कमी करू शकते, जे प्रत्यक्षात त्याच्या निर्मात्यांना वाटले तसे संरचनात्मक नव्हते. संशोधन क्षेत्रांमध्ये जिथे विकास चक्र महाग आणि गुंतागुंतीचे असतात, तिथे अशा स्पष्टतेचे मोठे मूल्य असते.

लेख NMRला नवीन शोध म्हणून सादर करत नाही. खरं तर, त्याचा एक भाग असा आहे की 80 वर्षे जुन्या तंत्रात अजूनही कमी वापरलेली क्षमता असू शकते. त्यामुळे ही कथा पारंपरिक अर्थाने नवलाईबद्दल कमी आणि पुनर्शोधाबद्दल अधिक आहे: स्थिरावलेल्या वैज्ञानिक पद्धतीला आजच्या ऊर्जा आणि साहित्य आव्हानांवर अधिक आक्रमकपणे लागू करणे.

हे का महत्त्वाचे आहे

उदयोन्मुख तंत्रज्ञानाचे कव्हरेज बहुतेक वेळा नवीन उपकरणे, नवीन स्टार्टअप्स किंवा नवीन धोरण पॅकेजेसवर केंद्रित असते. ही कथा नवोपक्रमाच्या वेगळ्या थराकडे निर्देश करते: अशी विश्लेषणात्मक साधने जी ठरवतात की महत्त्वाकांक्षी साहित्य-कल्पना वास्तवाला भिडल्यावर टिकतात का नाही. संशोधकांना त्यांनी काय बनवले आहे ते विश्वासार्हपणे ओळखता येत नसेल, तर बॅटऱ्या, सेमीकंडक्टर आणि शाश्वत साहित्यांतील प्रगती व्यापारीकरणाच्या खूप आधी मंदावते.

नॅशनल लॅबोरेटरी ऑफ द रॉकीजची टीम प्रत्यक्षात असा युक्तिवाद करत आहे की एक अडथळा तितकाच सांस्कृतिक आहे जितका तो तांत्रिक आहे. वैज्ञानिकांना NMR माहिती आहे, पण अनेकजण अजूनही ते मर्यादित पद्धतीनेच वापरतात. या वापराचा विस्तार केल्यास अशा वेळी अधिक चांगली उत्तरे मिळू शकतात, जेव्हा ऊर्जा प्रणाली आणि साहित्य पुरवठा साखळ्यांवर वेगाने सुधारणा करण्याचा दबाव आहे.

म्हणूनच हे फक्त एका प्रयोगशाळा तंत्राचे प्रोफाइल नाही. हे आठवण करून देते की प्रगती केवळ नवी सामग्री शोधण्यावर नाही, तर विद्यमान सामग्री अधिक स्पष्टपणे पाहण्यावरही अवलंबून असते. त्या अर्थाने, हा रिपोर्टेड कार्य स्वतःच शोधाच्या पायाभूत सुविधांना सुधारण्याबद्दल आहे.

हा लेख CleanTechnica च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.