NMR ஆராய்ச்சி பேட்டரிகள், செமிகண்டக்டர்கள், பயோபிளாஸ்டிக்ஸில் மேலும் ஆழமாக சென்று கொண்டிருக்கிறது

பழைய நுட்பம் நவீன ஆற்றல் கருவியாக மீண்டும் வடிவமைக்கப்படுகிறது

அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் நேஷனல் லேபரட்டரி ஆஃப் தி ராக்கீஸில் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள், பரிச்சயமான ஆனால் பெரும்பாலும் குறுகிய முறையில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படும் ஒரு நுட்பம் ஆற்றல் புதுமையில் பெரிய பங்கை வகிக்க வேண்டும் என்று வாதிடுகிறார்கள். அவர்களின் வாதத்தின் மையத்தில் நியூக்ளியர் மேக்னெடிக் ரெசொனன்ஸ், அல்லது NMR, உள்ளது. இது நீண்ட காலமாக வழக்கமான வேதியியல் உறுதிப்படுத்தலுடன் தொடர்புபடுத்தப்பட்டிருந்தாலும், இப்போது பேட்டரிகள், செமிகண்டக்டர்கள், பயோபிளாஸ்டிக்ஸ் மற்றும் பிற முன்னேற்றமான பொருட்களை அணு மட்டத்தில் ஆராய்வதற்கான அதிக பல்துறைமயமான முறையாக முன்னிறுத்தப்படுகிறது.

இந்த கட்டுரையுடன் வழங்கப்பட்ட இந்த செய்தி, NMR வசதி இயக்குநர் பென்னெட் அடிசன் எழுப்பிய ஒரு எளிய ஆனால் வெளிச்சமளிக்கும் கேள்வியை மையமாகக் கொண்டு முயற்சியை விளக்குகிறது: ஆராய்ச்சியாளர்கள் உண்மையில் அவர்கள் நினைத்ததை உருவாக்கினார்களா? ஆய்வகத்தில், அந்தக் கேள்வி காகிதத்தில் சரியாகத் தெரியும் ஒரு பொருளையும், சாதனம் அல்லது உற்பத்தி சூழலில் எதிர்பார்த்தபடி செயல்படும் ஒரு பொருளையும் பிரித்து காட்ட முடியும். ஒரு செமிகண்டக்டர் வெளிப்படையாகச் சுத்தமாகத் தோன்றினாலும் செயல்திறன் குறைவாக இருக்கலாம். ஒரு செயற்கை நார் வலுவாகத் தோன்றினாலும் எதிர்பாராதவிதமாக சிதைந்து போகலாம். இரு சந்தர்ப்பங்களிலும், கவனிக்கப்படாத அணு-அளவிலான அமைப்பே பிரச்சனை என மூலக் கட்டுரை கூறுகிறது.

NMR அந்தத் திடீர்மானமற்ற நிலையை தீர்க்கும் கருவியாகக் காட்டப்படுகிறது. காந்தப் புலங்களைப் பயன்படுத்தி அணு அமைப்பை ஆய்வு செய்வதன் மூலம், இந்த நுட்பம் ஒரு பொருளின் உள்ளே உண்மையில் என்ன உள்ளது என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிய உதவும்; synthesis திட்டங்கள் அல்லது உற்பத்தி ஊகங்கள் என்ன இருக்க வேண்டும் என்று சொல்வதைக் காட்டிலும்.

“பிரெட்அண்ட்பட்டர்” ஸ்கான்களைத் தாண்டி

வழக்கமான NMR பயன்பாட்டுக்கும், அடிசன் மற்றும் அவருடைய சகாக்கள் ஊக்குவிக்க விரும்பும் அடுத்த நிலைக்கும் இடையிலான வேறுபாட்டை மூல உரை சுட்டிக்காட்டுகிறது. பல ஆய்வகங்களில், கரிம வேதியியலாளர்கள் standard scans-ஐ முக்கியமாக ஆரம்ப வேதிப்பொருட்கள் சரியாக வினைபுரிந்தனவா மற்றும் தூய இறுதி தயாரிப்பு கிடைத்ததா என்பதை உறுதிப்படுத்தப் பயன்படுத்துகிறார்கள். அந்த ஸ்கான்கள் பயனுள்ளவை, ஆனால் நோக்கத்தில் குறுகியவை. பயிற்சி பெற்ற பிறகு, பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் அவற்றை தனியாக இயக்க முடியும்.

இன்னும் ஆர்வமளிக்கும் வாய்ப்பு, அடிப்படை உறுதிப்படுத்தலைத் தாண்டிச் செல்லும் குறைவாகப் பயன்படுத்தப்படும் NMR முறைகளில் உள்ளது. மூலத்தில் விவரிக்கப்படுவதுபோல், அடிசனின் பார்வை என்னவென்றால், இந்த வழக்கமற்ற அணுகுமுறைகள் பல தொழில்களுக்கும் ஆராய்ச்சியாளர்களும் எண்ணுவதைக் காட்டிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தக்கூடியவை. synthesis முடிவில் ஒரு checkpoint ஆக மட்டும் செயல்படுவதற்குப் பதிலாக, NMR ஒரு discovery tool ஆக மாறி, ஒரு நம்பிக்கையூட்டும் பொருள் ஏன் குறைவாக இருக்கிறது, ஒரு அமைப்பு எதிர்பார்ப்புகளிலிருந்து எப்படி வேறுபடுகிறது, அல்லது ஒரு உற்பத்தி செயல்முறை எங்கு மறைந்த குறைபாடுகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது என்பதை விளக்க உதவ முடியும்.

பேட்டரி மற்றும் பொருட்கள் பணிகளில் இது முக்கியம், ஏனெனில் செயல்திறன் பெரும்பாலும் நுண்ணிய அணு ஏற்பாடுகளின் மீது சார்ந்துள்ளது. சார்ஜை திறமையற்ற முறையில் சேமிக்கும் பேட்டரி பொருள், எதிர்பாராத குறைபாடுகளைக் கொண்ட செமிகண்டக்டர், அல்லது மிக விரைவாகக் கெடும் பாலிமர் ஆகியவை மேம்படுத்தப்படுவதற்கு முன் ஒரு அமைப்பியல் விளக்கத்தைத் தேவைப்படுத்தலாம். நேஷனல் லேபரட்டரி ஆஃப் தி ராக்கீஸின் இந்த முன்னேற்றம், NMR என்ன செய்ய முடியும் என்பதைக் குறித்த ஆராய்ச்சி கற்பனையை விரிவுபடுத்தும் முயற்சியே ஆகும்.

செமிகண்டக்டர்கள் ஒரு தெளிவான இலக்கு

மூல உரையில் உள்ள மிகத் தெளிவான எடுத்துக்காட்டுகளில் ஒன்று செமிகண்டக்டர் ஆராய்ச்சியிலிருந்து வருகிறது. நிறுவனங்கள் தாங்கள் உயர்தர செமிகண்டக்டர் தயாரித்தோம் என்று நினைக்கலாம், ஆனால் உண்மையான செயல்திறன் எதிர்பார்ப்புகளைப் பூர்த்தி செய்யாது என்று கட்டுரை கூறுகிறது. பிறகு கண்டுபிடிக்கப்படாமல் போகக்கூடிய குறைபாடுகளை அடையாளம் காணும் வழியாக NMR விவரிக்கப்படுகிறது.

இது முக்கியமானது, ஏனெனில் செமிகண்டக்டர் வளர்ச்சி பொருட்கள் மற்றும் fabrication மீது அதிக துல்லியமான கட்டுப்பாட்டை சார்ந்துள்ளது. அணு-அளவிலான குறைபாடுகள் எதிர்பார்த்த நடத்தை மாற்றி அமைத்தால், அந்தப் பிரச்சனைகளை மேலும் தெளிவாக வகைப்படுத்தக்கூடிய ஒரு diagnostic technique மூலதன ரீதியாக மதிப்புடையதாகிறது. மூலத்தில், graduate study-யில் NMR-இன் முன் அனுபவத்துடன் ஆய்வகத்துக்கு வந்தபின் அந்த மதிப்பை நிரூபிக்க உதவிய ஒருவராக ஆராய்ச்சியாளர் ராஸ் கெர்னர் முன்னிறுத்தப்படுகிறார்.

இதன் விரிவான பொருள் NMR மற்ற பொருள்-பகுப்பாய்வு கருவிகளை மாற்றிவிடும் என்பது அல்ல, ஆனால் அது தற்போது ஆராய்ச்சியாளர்கள் குறைவாகப் பயன்படுத்தும் அமைப்பு மற்றும் defect chemistry-யின் பரிமாணங்களை வெளிக்கொணரக்கூடும் என்பதே. அமெரிக்காவின் போட்டித்திறன் முன்னேற்றமான பொருட்கள்மீது சார்ந்த துறைகளில், diagnosis திறனில் கிடைக்கும் சிறிய முன்னேற்றங்கள்கூட முக்கியம் பெறும்.

சாத்தியமான பரப்பு பேட்டரிகள், பயோபிளாஸ்டிக்ஸ், முக்கியப் பொருட்கள் வரை விரிகிறது

இந்தக் கதை பேட்டரிகள், செமிகண்டக்டர்கள், பயோபிளாஸ்டிக்ஸ் ஆகியவற்றை ஒரே வாய்ப்பின் கீழ் வைத்துள்ளது. இந்தக் குழுவாக்கம் குறிப்பிடத்தக்கது, ஏனெனில் NMR-இன் பயன்தன்மை வேதியியல் அல்லது எலக்ட்ரானிக்ஸ் எனும் ஒரு தனிப்பட்ட பகுதிக்குள் மட்டுப்படவில்லை என்பதை இது காட்டுகிறது. மாறாக, இந்த முறை ஆற்றல் சேமிப்பு, பொருள் உற்பத்தி, வேதியியல் புதுமை ஆகியவற்றுக்கான குறுக்குத்துறை பகுப்பாய்வு திறனாக முன்னிறுத்தப்படுகிறது.

பேட்டரிகளுக்காக, அணு-அளவிலான அமைப்பு சார்ஜ் கடத்தல், நிலைத்தன்மை, ஆயுட்காலம், உற்பத்திச் சாத்தியத்தைக் பாதிக்க முடியும். பயோபிளாஸ்டிக்ஸ் மற்றும் செயற்கை நார்களுக்கு, மூலக்கூறுகளின் அமைப்பு நீடித்தன்மை மற்றும் உடைபடும் நடத்தையை வடிவமைக்க முடியும். இந்த எல்லா துறைகளிலும், மறைந்திருக்கும் அமைப்பியல் விவரங்களே ஏமாற்றமளிக்கும் முடிவுகளுக்குக் காரணம் என்பதைக் குறைவாக மதிப்பிடுகிறார்கள் என்று மூலக் கட்டுரை வாதிடுகிறது.

கட்டுரையில் தெரிவிக்கப்பட்டதுபோல, விஞ்ஞானிகள் வழக்கமான workflow-ஐத் தாண்டிச் செல்ல விரும்பினால், பெரும்பாலான ஆராய்ச்சி துறைகளில் NMR-க்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும் வழி “கிட்டத்தட்ட நிச்சயமாக” இருப்பதாக அடிசனின் நிலைப்பாடு. இது ஒரே உலகளாவிய தீர்வு என்ற கூற்று அல்ல. தேசிய ஆற்றல், வேதியியல், பொருட்கள், முக்கியக் கனிம முன்னுரிமைகளுடன் தொடர்புடைய பயன்பாட்டு ஆராய்ச்சியில், இந்த நுட்பத்தின் குறைவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வடிவங்களுடன் விரிவான பரிசோதனை செய்யும் அழைப்பு அது.

இது வெறும் ஆய்வக முறை பற்றிய கதை அல்ல, போட்டித்திறன் குறித்த வாதம்

ஒரு சாதாரண ஆய்வக சுயவிவரத்தைவிட இந்தப் பகுதி அதிக எடையைப் பெறுவதற்குக் காரணம் அதன் வெளிப்படையான போட்டித்திறன் கோணம். மேம்பட்ட NMR முறைகளின் விரிவான பயன்பாடு உள்ளூர்த் புதுமையைத் தொடங்க உதவலாம், மேலும் அதிகமான ஆராய்ச்சியாளர்கள் அவற்றை ஏற்றுக்கொண்டால் அமெரிக்காவின் ஆற்றல், வேதியியல், பொருட்கள், முக்கியக் கனிமத் தொழில்களுக்கு முன்னிலை வழங்கலாம் என்று மூலக் கட்டுரை கூறுகிறது.

அந்த framing ஒரு பகுப்பாய்வு கருவியை தொழிற்துறை உத்தியாக இணைக்கிறது. சிறந்த diagnosis prototype-இலிருந்து பயனுள்ள தயாரிப்புக்கான தூரத்தை குறைக்க முடியும், ஏனெனில் அது failure points-ஐ முன்னதாகவே வெளிச்சமிடுகிறது. தங்கள் உருவாக்கியதாக நம்பிய அமைப்பே உண்மையில் அப்படி இல்லாத ஒரு பொருளை optimize செய்வதில் வீணாகும் முயற்சியையும் அது குறைக்க முடியும். வளர்ச்சி சுழற்சிகள் விலையுயர்ந்தும் சிக்கலானவுமான ஆராய்ச்சி துறைகளில், அத்தகைய தெளிவுக்கு பெரும் மதிப்பு உண்டு.

கட்டுரை NMR-ஐ புதிய கண்டுபிடிப்பாகக் காட்டவில்லை. உண்மையில், 80 ஆண்டுகள் பழமையான இந்த நுட்பத்தில் இன்னும் பயன்படுத்தப்படாத திறன் இருக்கலாம் என்பதே அதன் ஒரு முக்கிய அம்சம். இது வழக்கமான அர்த்தத்தில் புதுமையைவிட மறுகண்டுபிடிப்பைப் பற்றிய கதையாகிறது: நிறுவப்பட்ட அறிவியல் முறையை எடுத்து, இன்றைய ஆற்றல் மற்றும் பொருள் சவால்களுக்கு அதை மேலும் தீவிரமாகப் பயன்படுத்துவது.

இது ஏன் முக்கியம்

வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்கள் குறித்த செய்திப்படர்த்தி பெரும்பாலும் புதிய கருவிகள், புதிய ஸ்டார்ட்அப்கள், அல்லது புதிய கொள்கை தொகுப்புகளில் கவனம் செலுத்துகிறது. இந்தக் கதை புதுமையின் வேறு ஒரு அடுக்கைக் காட்டுகிறது: பெரிய பொருள்-கருத்துக்கள் யதார்த்தத்துடன் மோதும்போது நிலைத்திருக்குமா என்பதை தீர்மானிக்கும் பகுப்பாய்வு கருவிகள். ஆராய்ச்சியாளர்கள் தாங்கள் என்ன உருவாக்கினார்கள் என்பதை நம்பகமாகக் கண்டறிய முடியாவிட்டால், பேட்டரிகள், செமிகண்டக்டர்கள், நிலைத்த பொருட்கள் ஆகியவற்றில் முன்னேற்றம் வணிகமயமாக்கலுக்கு முன்பே மந்தமாகிவிடும்.

நேஷனல் லேபரட்டரி ஆஃப் தி ராக்கீஸ் குழு, ஒரு bottleneck தொழில்நுட்ப ரீதியாக மட்டுமன்றி பண்பாட்டு ரீதியிலும் இருப்பதாக வாதிடுகிறது. விஞ்ஞானிகள் NMR-ஐ அறிந்திருக்கிறார்கள், ஆனால் பலர் அதை இன்னும் வரையறுக்கப்பட்ட முறையில்தான் பயன்படுத்துகிறார்கள். ஆற்றல் அமைப்புகள் மற்றும் பொருள் supply chains விரைவான மேம்பாட்டின் அழுத்தத்தில் இருக்கும் இந்நேரத்தில், இந்த பயன்பாட்டை விரிவுபடுத்துவது சிறந்த பதில்களை அளிக்கலாம்.

அதனால் இது ஒரு ஆய்வக நுட்பத்தின் சுயவிவரம் மட்டுமல்ல. முன்னேற்றங்கள் புதிய பொருட்களை கண்டுபிடிப்பதில் மட்டுமல்ல, ஏற்கனவே உள்ளவற்றை மேலும் தெளிவாகப் பார்ப்பதிலும் சார்ந்திருக்கின்றன என்பதை இது நினைவூட்டுகிறது. அந்த அர்த்தத்தில், இந்த அறிக்கையிடப்பட்ட பணி discovery-யின் உட்கட்டமைப்பையே மேம்படுத்துவது பற்றியது.

இந்தக் கட்டுரை CleanTechnica வழங்கிய அறிக்கையின் அடிப்படையில் உருவாக்கப்பட்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.