NMR పరిశోధన బ్యాటరీలు, సెమీకండక్టర్లు, బయోప్లాస్టిక్స్‌లో మరింత లోతుకు వెళ్తోంది

పాత పద్ధతిని ఆధునిక శక్తి సాధనంగా మళ్లీ రూపుదిద్దుతున్నారు

అమెరికా శక్తి విభాగానికి చెందిన నేషనల్ లాబొరేటరీ ఆఫ్ ది రాకీస్‌లోని పరిశోధకులు, పరిచితమైన కానీ తరచుగా పరిమితంగా మాత్రమే ఉపయోగించే ఒక పద్ధతికి శక్తి ఆవిష్కరణలో పెద్ద పాత్ర ఇవ్వాల్సిన అవసరం ఉందని వాదిస్తున్నారు. వారి వాదన న్యూక్లియర్ మ్యాగ్నెటిక్ రెజొనెన్స్, లేదా NMR, చుట్టూ ఉంది. ఇది చాలా కాలంగా సాధారణ రసాయన నిర్ధారణకు సంబంధించి ఉంది, కానీ ఇప్పుడు బ్యాటరీలు, సెమీకండక్టర్లు, బయోప్లాస్టిక్స్, మరియు ఇతర అధునాతన పదార్థాలను అణు స్థాయిలో పరిశీలించే మరింత బహుముఖ మార్గంగా ప్రోత్సహించబడుతోంది.

ఈ అభ్యర్థనకు తోడు వచ్చిన వ్యాసం, NMR సౌకర్య డైరెక్టర్ బెన్నెట్ అడిసన్ అడిగిన సూటి కానీ కీలకమైన ప్రశ్న చుట్టూ ప్రయత్నాన్ని వివరిస్తోంది: పరిశోధకులు నిజంగా తాము అనుకున్నదే తయారు చేశారా? ప్రయోగశాలలో, ఆ ప్రశ్న కాగితం మీద సరిగ్గా కనిపించే పదార్థాన్ని మరియు పరికరంలో లేదా తయారీ వాతావరణంలో ఉద్దేశించినట్లుగా నిజంగా ప్రవర్తించే పదార్థాన్ని వేరుచేయగలదు. ఒక సెమీకండక్టర్ బయటకు పరిశుభ్రంగా కనిపించినా పనితీరు తక్కువగా ఉండొచ్చు. ఒక సింథటిక్ ఫైబర్ దృఢంగా అనిపించినా అనూహ్యంగా క్షీణించవచ్చు. రెండు సందర్భాల్లోనూ, గుర్తించని అణు-స్థాయి నిర్మాణమే సమస్య కావచ్చని మూలం చెబుతోంది.

ఆ అనిశ్చితిని పరిష్కరించగల సాధనంగా NMR‌ను చూపిస్తున్నారు. అయస్కాంత క్షేత్రాలను ఉపయోగించి అణు నిర్మాణాన్ని అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, ఈ పద్ధతి పరిశోధకులకు ఒక పదార్థం లోపల నిజంగా ఏమి ఉన్నదో గుర్తించడంలో సహాయపడుతుంది; సంశ్లేషణ ప్రణాళికలు లేదా ఉత్పత్తి అంచనాలు ఏమి ఉండాలని చెబుతున్నాయో మాత్రమే కాదు.

“బ్రెడ్-అండ్-బట్టర్” స్కాన్లకు మించి

సాధారణ NMR వినియోగం మరియు అడిసన్, సహచరులు ప్రోత్సహించాలనుకుంటున్న తదుపరి దశ మధ్య మూల పాఠ్యం తేడా చూపుతుంది. అనేక ప్రయోగశాలల్లో, ఆర్గానిక్ కెమిస్టులు ప్రామాణిక స్కాన్లను ప్రధానంగా ప్రారంభ రసాయనాలు సరిగ్గా ప్రతిచర్య చేసి స్వచ్ఛమైన తుది ఉత్పత్తిని ఇచ్చాయా అని నిర్ధారించడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఆ స్కాన్లు ఉపయోగకరమైనవే, కానీ వాటి ఉద్దేశ్యం పరిమితమైనది. శిక్షణ పొందిన తర్వాత, చాలా మంది పరిశోధకులు వాటిని స్వతంత్రంగా నడపగలరు.

ఇంకా ముఖ్యమైన అవకాశం ప్రాథమిక నిర్ధారణను మించి వెళ్లే, తక్కువగా ఉపయోగించే NMR పద్ధతుల్లో ఉంది. మూలంలో వివరించినట్టు, అడిసన్ దృష్టిలో ఈ రూటీన్ కాని పద్ధతులు అనేక పరిశ్రమలు, పరిశోధకులు భావించేదానికన్నా ఎక్కువగా వర్తించగలవు. సంశ్లేషణ చివరలో ఒక చెక్‌పాయింట్‌గా మాత్రమే కాకుండా, NMR ఒక అన్వేషణ సాధనంగా మారి ఆశాజనక పదార్థం ఎందుకు వెనుకబడుతోంది, నిర్మాణం అంచనాలకంటే ఎలా భిన్నంగా ఉంది, లేదా తయారీ ప్రక్రియ ఎక్కడ దాగి ఉన్న లోపాలను ప్రవేశపెడుతోంది అనే విషయాలను వివరణ చేయగలదు.

ఇది శక్తి మరియు పదార్థాల పనిలో ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే పనితీరు తరచుగా సూక్ష్మ అణు ఏర్పాట్లపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఛార్జ్‌ను అప్రభావవంతంగా నిల్వ చేసే బ్యాటరీ పదార్థం, అనూహ్య లోపాలున్న సెమీకండక్టర్, లేదా చాలా త్వరగా క్షీణించే పాలిమర్, మెరుగుపరచడానికి ముందు నిర్మాణాత్మక వివరణను కోరవచ్చు. నేషనల్ లాబొరేటరీ ఆఫ్ ది రాకీస్ నుంచి వచ్చిన ఈ ప్రయత్నం, NMR ఏమి చేయగలదో అనే దానిపై పరిశోధనా ఊహాశక్తిని విస్తరించడమే.

సెమీకండక్టర్లు స్పష్టమైన లక్ష్యం

మూల పాఠ్యంలో కనిపించే స్పష్టమైన ఉదాహరణల్లో ఒకటి సెమీకండక్టర్ పరిశోధన. కంపెనీలు తాము అధిక నాణ్యత గల సెమీకండక్టర్‌ను తయారు చేశామని అనుకోవచ్చు, కానీ వాస్తవ పనితీరు అంచనాలకు సరిపోదని వ్యాసం చెబుతోంది. వేరుగా పట్టుబడని లోపాలను గుర్తించే మార్గంగా NMR‌ను వివరించారు.

ఇది ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే సెమీకండక్టర్ అభివృద్ధి పదార్థాలు మరియు తయారీపై మరింత కచ్చితమైన నియంత్రణపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అణు-స్థాయి లోపాలు ఆశించిన ప్రవర్తనను వక్రీకరిస్తే, ఆ సమస్యలను మరింత స్పష్టంగా నిర్ధారించగల డయాగ్నొస్టిక్ పద్ధతి వ్యూహాత్మకంగా విలువైనదిగా మారుతుంది. మూలంలో, గ్రాడ్యుయేట్ అధ్యయనంలో NMRతో ఉన్న పూర్వ అనుభవంతో ల్యాబ్‌కు వచ్చిన తర్వాత ఆ విలువను చూపించడంలో సహాయపడిన వ్యక్తిగా పరిశోధకుడు రాస్ కెర్నర్‌ను హైలైట్ చేశారు.

దీనిలోని విస్తృత అర్థం NMR ఇతర పదార్థ-విశ్లేషణ సాధనాలను భర్తీ చేస్తుందని కాదు, కానీ ఇది పరిశోధకులు ప్రస్తుతం తక్కువగా వినియోగిస్తున్న నిర్మాణం మరియు లోప రసాయనశాస్త్రంలోని పరిమాణాలను వెల్లడించగలదని. ఆధునిక పదార్థాలపై అమెరికా పోటీ సామర్థ్యం ఆధారపడే రంగాలలో, నిర్ధారణ సామర్థ్యంలో చిన్న మెరుగుదల కూడా ప్రాధాన్యం కలిగి ఉంటుంది.

సంభావ్య పరిధి బ్యాటరీలు, బయోప్లాస్టిక్స్, ముఖ్య పదార్థాల వరకు విస్తరిస్తుంది

ఈ కథలో బ్యాటరీలు, సెమీకండక్టర్లు, బయోప్లాస్టిక్స్ అన్నీ ఒకే అవకాశపు గొడుగు కింద వస్తాయి. ఈ సమూహీకరణ గమనార్హం, ఎందుకంటే NMR ప్రయోజనం రసాయనశాస్త్రం లేదా ఎలక్ట్రానిక్స్‌లోని ఒక్క నిచ్‌కు మాత్రమే పరిమితం కాదని ఇది సూచిస్తుంది. బదులుగా, ఈ పద్ధతిని శక్తి నిల్వ, పదార్థాల తయారీ, రసాయన ఆవిష్కరణకు సంబంధించిన విస్తృత విశ్లేషణ సామర్థ్యంగా చూపుతున్నారు.

బ్యాటరీల కోసం, అణు-స్థాయి నిర్మాణం ఛార్జ్ రవాణా, స్థిరత్వం, ఆయుష్షు, తయారీ సాధ్యతను ప్రభావితం చేస్తుంది. బయోప్లాస్టిక్స్ మరియు సింథటిక్ ఫైబర్ల కోసం, అణువుల అమరిక దృఢత్వం మరియు విచ్ఛిన్న ప్రవర్తనను ఆకారం ఇవ్వగలదు. ఈ అన్ని రంగాలలో, దాగి ఉన్న నిర్మాణ వివరాలే నిరాశాజనక ఫలితాలకు కారణమవుతున్న తరచుదనాన్ని పరిశోధకులు తక్కువగా అంచనా వేస్తున్నారని మూలం వాదిస్తోంది.

వ్యాసంలో తెలిపినట్లుగా, శాస్త్రవేత్తలు ప్రామాణిక పనితీరుకు మించి అన్వేషించేందుకు సిద్ధంగా ఉంటే, చాలా పరిశోధనా రంగాల్లో NMR ప్రయోజనకరంగా ఉండే మార్గం “దాదాపు ఖచ్చితంగా” ఉందని అడిసన్ అభిప్రాయం. ఇది ఒక్క సార్వత్రిక పరిష్కారాన్ని ప్రకటించడం కాదు. జాతీయ శక్తి, రసాయన, పదార్థ, మరియు కీలక ఖనిజ ప్రాధాన్యతలకు అనుసంధానమైన అనువర్తిత పరిశోధనలో, ఈ పద్ధతి తక్కువగా ఉపయోగించే విధానాలతో విస్తృత ప్రయోగానికి పిలుపు.

ఇది కేవలం ల్యాబ్-మెథడ్ కథ కాదు, పోటీ సామర్థ్య వాదన

ఈ రచనకు సాధారణ ప్రయోగశాల ప్రొఫైల్ కంటే ఎక్కువ బలం ఇస్తున్నది దాని స్పష్టమైన పోటీ సామర్థ్య దృక్కోణం. అధునాతన NMR పద్ధతుల విస్తృత వినియోగం దేశీయ ఆవిష్కరణను ప్రారంభించడంలో సహాయపడుతుందని, మరియు మరిన్ని పరిశోధకులు అవి స్వీకరిస్తే అమెరికా శక్తి, రసాయన, పదార్థ, కీలక ఖనిజ పరిశ్రమలకు ఆధిక్యం ఇవ్వగలదని మూలం చెబుతోంది.

ఆ ఫ్రేమింగ్ ఒక విశ్లేషణ పరికరాన్ని పరిశ్రమ వ్యూహంతో కలుపుతోంది. మెరుగైన నిర్ధారణలు వైఫల్య బిందువులను ముందే బయటపెట్టి ప్రోటోటైప్ నుంచి ఉపయోగకరమైన ఉత్పత్తికి ఉన్న దూరాన్ని తగ్గించగలవు. అవి తమ సృష్టికర్తలు ఊహించినట్టుగా నిర్మాణం అసలు లేని పదార్థాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడంలో వృథా అయ్యే శ్రమను కూడా తగ్గించగలవు. అభివృద్ధి చక్రాలు ఖరీదైనవి, సంక్లిష్టమైనవి అయిన పరిశోధనా రంగాలలో, అలాంటి స్పష్టతకు పెద్ద విలువ ఉంటుంది.

వ్యాసం NMR‌ను కొత్త ఆవిష్కరణగా చూపించదు. వాస్తవానికి, 80 ఏళ్ల పురాతన పద్ధతిలో ఇంకా తక్కువగా వినియోగించిన సామర్థ్యం ఉండొచ్చన్నదే దాని ఒక ముఖ్యాంశం. దీని వల్ల కథ సాధారణ అర్థంలో కొత్తదనం గురించి కాకుండా, పునఃఅవిష్కరణ గురించి ఎక్కువగా ఉంటుంది: స్థిరపడ్డ శాస్త్రీయ పద్ధతిని తీసుకుని, దాన్ని ప్రస్తుత శక్తి మరియు పదార్థ సవాళ్లపై మరింత దూకుడుగా వర్తింపజేయడం.

ఇది ఎందుకు ముఖ్యం

ఉద్భవిస్తున్న సాంకేతికతల కవరేజ్ తరచుగా కొత్త పరికరాలు, కొత్త స్టార్టప్‌లు లేదా కొత్త విధాన ప్యాకేజీలపై దృష్టి పెడుతుంది. ఈ కథ ఆవిష్కరణలో వేరే పొరను సూచిస్తోంది: పదార్థాలపై ఉన్న గొప్ప ఆలోచనలు వాస్తవానికి తగిలి నిలబడతాయా లేదా అన్నది నిర్ణయించే విశ్లేషణ సాధనాలు. పరిశోధకులు తాము ఏమి తయారు చేశారో విశ్వసనీయంగా నిర్ధారించలేకపోతే, బ్యాటరీలు, సెమీకండక్టర్లు, స్థిరమైన పదార్థాల్లో పురోగతి వాణిజ్యీకరణకు చాలా ముందే నెమ్మదిస్తుంది.

నేషనల్ లాబొరేటరీ ఆఫ్ ది రాకీస్ బృందం ఒక అడ్డంకి సాంకేతికమైనంతగా సాంస్కృతికమని సమర్థవంతంగా వాదిస్తోంది. శాస్త్రవేత్తలకు NMR తెలుసు, కానీ చాలామంది ఇంకా దాన్ని పరిమితంగా మాత్రమే ఉపయోగిస్తున్నారు. ఈ వినియోగాన్ని విస్తరించడం ద్వారా, శక్తి వ్యవస్థలు మరియు పదార్థ సరఫరా గొలుసులు త్వరిత మెరుగుదలపై ఒత్తిడిలో ఉన్న సమయంలో మరింత మంచి సమాధానాలు లభించవచ్చు.

అందువల్ల ఇది కేవలం ఒక ప్రయోగశాల సాంకేతికతపై ప్రొఫైల్‌ కాదు. పురోగతులు కొత్త పదార్థాలను ఆవిష్కరించడంపైనే కాక, ఇప్పటికే ఉన్న వాటిని మరింత స్పష్టంగా చూడడంపైనా ఆధారపడతాయని ఇది గుర్తుచేస్తుంది. ఆ అర్థంలో, ఈ నివేదిత పని స్వయంగా ఆవిష్కరణ మౌలిక వసతులను మెరుగుపరచడం గురించి.

ఈ వ్యాసం CleanTechnica నివేదిక ఆధారంగా రూపొందింది. మూల వ్యాసం చదవండి.