আলো জলকে গরম না করেই বাষ্পীভূত করে – পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

আলো জলকে গরম না করেই বাষ্পীভূত করে – পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

সময় স্ট্যাম্প: 5 জানুয়ারী, 2024 7:00 এএম

জলের অণুর শিল্পীর চিত্র
ফটোমোলিকুলার প্রভাব: জল-বায়ু ইন্টারফেসে, আলো, নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, তাপের প্রয়োজন ছাড়াই বাষ্পীভবন প্ররোচিত করতে পারে, এমআইটির গবেষকদের একটি নতুন গবেষণা অনুসারে। (সৌজন্যে: Shutterstock/Valenty)

কিছু নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে, আলো প্রথমে জল গরম না করে সরাসরি বাষ্পীভূত হতে পারে। প্রক্রিয়াটি ওয়াটার-এয়ার ইন্টারফেস থেকে জলের ক্লাস্টারগুলিকে বিচ্ছিন্ন করে কাজ করে এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির (এমআইটি) গবেষকরা এটিকে সুপরিচিত ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের সাথে সাদৃশ্যে "ফটোমোলিকুলার প্রভাব" বলে অভিহিত করেছেন।

"প্রচলিত জ্ঞান হল যে বাষ্পীভবনের জন্য তাপ প্রয়োজন, কিন্তু আমাদের কাজ দেখায় যে অন্য একটি বাষ্পীভবন প্রক্রিয়া বিদ্যমান," ব্যাখ্যা করেন এমআইটি ন্যানোটেকনোলজিস্ট এবং যান্ত্রিক প্রকৌশলী গ্যাং চেন, যিনি গবেষণার নেতৃত্ব দেন। চেন যোগ করেছেন যে নতুন প্রভাব তাপের চেয়ে বেশি দক্ষ হতে পারে এবং তাই সৌর ডিস্যালিনেশন সিস্টেম এবং অন্যান্য প্রযুক্তিতে দরকারী হতে পারে যা জলকে বাষ্পীভূত করতে আলো ব্যবহার করে।

একটি অপ্রত্যাশিত মোড়

চেন এবং সহকর্মীরা 2014 সাল থেকে সূর্যালোক এবং উপাদান পৃষ্ঠের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার কারণে বাষ্পীভবন নিয়ে অধ্যয়ন করছেন। কারণ জল নিজে থেকে অনেক দৃশ্যমান আলো শোষণ করে না, তাদের প্রাথমিক গবেষণায় তাদের পাত্রে একটি কালো, ছিদ্রযুক্ত, আলো-শোষণকারী উপাদান ছড়িয়ে দেওয়া জড়িত ছিল। জল সূর্যের আলোকে তাপে রূপান্তর করতে সাহায্য করে।

"আমরা ধরে নিয়েছিলাম যে এটি একটি তাপীয় বাষ্পীভবন প্রক্রিয়া: সূর্যালোক শোষিত হয় এবং তাপে রূপান্তরিত হয়, যা পরবর্তীতে জলকে বাষ্পীভূত করে," চেন বলেছেন।

যাইহোক, 2018 সালে বিষয়গুলি একটি অপ্রত্যাশিত মোড় নেয় যখন গবেষকদের একটি পৃথক দল নেতৃত্বে গুইহুয়া ইউ এ অস্টিন এ টেক্সাস বিশ্ববিদ্যালয়, US, একটি কালো হাইড্রোজেল (জল ধারণ করে এমন একটি উপাদান) দিয়ে এই পরীক্ষাটি পুনরাবৃত্তি করেছে। তারা দেখতে পেল যে উপাদানটির তাপীয় বাষ্পীভবনের হার যতটা হওয়া উচিত ছিল তার চেয়ে দ্বিগুণ দ্রুত ছিল, নমুনাটি প্রাপ্ত মোট তাপ শক্তির পরিপ্রেক্ষিতে এবং অনুমান করে যে প্রতিষ্ঠিত প্রক্রিয়াটি একমাত্র কর্মক্ষেত্রে ছিল।

2019 সালে, চেন তার গ্রুপে একজন নতুন পোস্টডক্টরাল গবেষককে জিজ্ঞাসা করেছিলেন, ইয়াওডং তু, Yu এর পরীক্ষাগুলি পুনরাবৃত্তি করতে। প্রথমে, এমআইটি গবেষকরা কাজের নমুনা তৈরি করতে লড়াই করেছিলেন। অবশেষে, ইউ-এর গ্রুপের সদস্যদের সাহায্যে, তারা ইউটি অস্টিন দলের ফলাফল নিশ্চিত করতে সফল হয়। যাইহোক, তারা দলের প্রস্তাবিত ব্যাখ্যা দ্বারা আশ্বস্ত হননি, যেটি ছিল কালো হাইড্রোজেলে জল সাধারণ জলের তুলনায় অনেক কম সুপ্ত তাপ থাকতে পারে।

"আমি সন্দেহ করেছিলাম যে খেলার সময় ফোটনের প্রভাব ছিল, তাই আমরা আলোক-নিঃসরণকারী ডায়োডগুলি (এলইডি) নিযুক্ত করেছি যে নমুনাগুলিকে আলোকিত করতে ব্যবহৃত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য কীভাবে জল বাষ্পীভূত হওয়ার হারকে প্রভাবিত করে"। "আমরা প্রকৃতপক্ষে বায়ুতে একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্ভরতা এবং অদ্ভুত তাপমাত্রা বিতরণ পর্যবেক্ষণ করেছি যা কিছু ফোটন প্রভাবকে বোঝায়, কিন্তু আমরা এই ফলাফলগুলি ব্যাখ্যা করার জন্য একটি যুক্তিসঙ্গত শারীরিক ছবি নিয়ে আসতে পারিনি।"

একটি সহায়ক উপমা

এমআইটি গবেষকরা সুপ্ত তাপ হ্রাসের সম্ভাবনা অধ্যয়ন করতে দেড় বছর ব্যয় করেছিলেন, কিন্তু তাদের পরীক্ষাগুলি নেতিবাচক ফলাফল দেয়। পথের পাশাপাশি, যদিও, তারা শিখেছে যে আরও কয়েকটি গবেষণা দল অজৈব সহ বিভিন্ন উপকরণের সাথে সুপার-থার্মাল বাষ্পীভবনের রিপোর্ট করছে।

"2021 সালের মাঝামাঝি, আমি বুঝতে পেরেছিলাম যে এই সমস্ত পরীক্ষার মধ্যে একমাত্র জিনিসটি ছিল জল এবং বায়ু ইন্টারফেসের মধ্যে পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি," চেন বলেছেন ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. "অতএব আমি নিজেকে জিজ্ঞাসা করেছি যে পৃষ্ঠের প্রভাব দায়ী কিনা এবং এখানেই ফটোইলেক্ট্রিক সাদৃশ্য এসেছে।"

আলবার্ট আইনস্টাইন যেমন 1905 সালে ব্যাখ্যা করেছিলেন, আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব তখন ঘটে যখন একটি উপাদানের উপর আলো জ্বলতে থাকা পদার্থ থেকে একটি ইলেক্ট্রন বের করার জন্য যথেষ্ট (পরিমাণযুক্ত) শক্তি থাকে। সাদৃশ্য দ্বারা, এবং ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ এবং জলের অণুর মেরু প্রকৃতির তার বোঝার উপর অঙ্কন করে, চেন যুক্তিযুক্ত করেছিলেন যে তার দলের পর্যবেক্ষণের পিছনে একটি চতুর্ভুজ শক্তি বায়ু-জল ইন্টারফেসে স্থায়ী ডাইপোলের উপর কাজ করে।

যদিও চেনের তত্ত্ব এখনও "হ্যান্ডওয়েভিং" পর্যায়ে ছিল, তবুও এটি এমআইটি গবেষকদের তাদের পরীক্ষা-নিরীক্ষার পুনর্বিন্যাস করতে পরিচালিত করেছিল। সাফল্য এসেছিল যখন তারা দেখাতে সক্ষম হয়েছিল যে বিশুদ্ধ জল বা হাইড্রোজেলগুলি তারা অধ্যয়ন করে দৃশ্যমান আলো শোষণ করে না, আংশিকভাবে ভেজা হাইড্রোজেলগুলি করে।

2019 পরীক্ষাগুলি ব্যাখ্যা করেছে

"বিশুদ্ধ পিভিএ হাইড্রোজেল থেকে বাষ্পীভবনের উপর পরবর্তী পরীক্ষাগুলি, কালো শোষক সহ একটি হাইড্রোজেল এবং কালো কার্বন কাগজে প্রলিপ্ত একটি পরিষ্কার হাইড্রোজেল সব পরীক্ষা করা হয়েছে," চেন বলেছেন। "দৃশ্যমান আলো জলের আণবিক ক্লাস্টারগুলিকে বিচ্ছিন্ন করতে পারে এই ধারণার সাথে, আমরা 2019 পরীক্ষাগুলি ব্যাখ্যা করতেও সক্ষম হয়েছি।"

ফোটোমলিকুলার প্রক্রিয়ায়, একটি ফোটন জল-বায়ু ইন্টারফেস থেকে একটি জলের আণবিক ক্লাস্টার বন্ধ করে দেয়। তাপীয় বাষ্পীভবনের তুলনায়, যা জলের অণুগুলিকে একের পর এক বাষ্পীভূত করে, এবং তাই জলের অণুর মধ্যে বন্ধন ভাঙতে শক্তির প্রয়োজন হয়, ফটোমোলিকুলার বাষ্পীভবন একা তাপের চেয়ে বাষ্পীভবনে আরও দক্ষ।

চেন বিশ্বাস করেন এই নতুন প্রক্রিয়া, যা তিনি এবং তার সহকর্মীরা বর্ণনা করেছেন PNAS, আমাদের দৈনন্দিন জীবনে খেলা হতে পারে. "এটি গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, পৃথিবীর জলচক্র, গ্লোবাল ওয়ার্মিং এবং উদ্ভিদের বৃদ্ধি বোঝার জন্য," তিনি বলেছেন৷ "আবিষ্কারটি নতুন ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলির দিকেও নিয়ে যেতে পারে: আমরা বিশুদ্ধকরণ এবং বর্জ্য জল চিকিত্সার দিকে নজর দিতে শুরু করেছি, তবে শুকানো আরেকটি ক্ষেত্র হতে পারে যেখানে এই প্রক্রিয়াটি কাজে লাগানো যেতে পারে।" কারণ শুষ্ককরণ শিল্প খাতে ব্যবহৃত প্রায় 20% শক্তি খরচ করে - যে পরিমাণ চেনকে "বিস্ময়কর" বলে - শক্তির দক্ষতা বৃদ্ধি একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে।

সামনের দিকে তাকিয়ে, গবেষকরা বলছেন যে তারা তাদের প্রস্তাবিত প্রক্রিয়ার পক্ষে প্রমাণকে শক্তিশালী করতে এবং প্রভাবের পরিমাণ নির্ধারণ করতে চান। "আমরা এই শেষ পর্যন্ত একক জল-বায়ু ইন্টারফেসগুলিতে প্রচুর পরীক্ষা-নিরীক্ষা করছি এবং মেঘ পরীক্ষাগুলিও সম্পাদন করছি যাতে দেখানো হয় যে এই প্রক্রিয়াটি বায়ুমণ্ডলীয় জল চক্রের মধ্যেও থাকতে পারে," চেন প্রকাশ করে। "হাইড্রোজেলগুলি ছাড়াও অন্যান্য উপকরণগুলিতে প্রভাবটি ভালভাবে বিদ্যমান থাকতে পারে এবং আমরা আশা করি আমাদের কাজ অন্যান্য গবেষকদের দৃষ্টি আকর্ষণ করবে যারা এটি আরও অধ্যয়ন করতে চাইবে।"

সময় স্ট্যাম্প:

থেকে আরো ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড