नैनोसंरचित हीरे के कैप्सूल दबाव में तेजी से पकड़ते हैं

उच्च दबाव सामग्री के गुणों को नाटकीय रूप से बदलते हैं, कभी-कभी उपयोगी अनुप्रयोगों के साथ भौतिक और रासायनिक विशेषताओं का उत्पादन करते हैं। समस्या यह है कि ये वांछनीय गुण आमतौर पर गायब हो जाते हैं जब सामग्री भारी जहाजों को छोड़ देती है जो इस तरह के उच्च दबाव को संभव बनाती हैं। अब, हालांकि, चीन में सेंटर फॉर हाई प्रेशर साइंस एंड टेक्नोलॉजी एडवांस्ड रिसर्च (एचपीएसटीएआर) और अमेरिका में स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने ऐसे जहाजों के बाहर उच्च दबाव सामग्री के गुणों को मुक्त खड़े नैनोस्ट्रक्चर में सीमित करके बनाए रखने में सफलता हासिल की है। हीरे से बने कैप्सूल।

काम में, के नेतृत्व में एक टीम चार्ल्स क़ियाओशी ज़ेंगो का एचपीस्टार आर्गन गैस की उपस्थिति में इसे लगभग 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हुए 500 गीगापास्कल (पृथ्वी के वायुमंडल के दबाव का लगभग 000 1830 गुना) के दबाव के लिए ग्लासी कार्बन के रूप में जाने वाले कार्बन के एक अनाकार और छिद्रपूर्ण रूप के नमूने के अधीन किया। हालांकि ग्लासी कार्बन शुरू में आर्गन के लिए अभेद्य है, यह इसे उच्च दबाव में स्पंज की तरह अवशोषित करता है। परिणाम एक नैनोक्रिस्टलाइन हीरा सम्मिश्रण है जो उच्च दबाव वाले पोत से निकाले जाने के बाद भी कई अलग-अलग छिद्रों में आर्गन को बरकरार रखता है जिसमें प्रयोग किया गया था।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, टीम ने पाया कि इन छिद्रों, जिन्हें वे नैनोस्ट्रक्चर्ड डायमंड कैप्सूल (एनडीसी) कहते हैं, में आर्गन के उच्च दबाव वाले "अनाज" होते हैं। में एक पेपर के प्रमुख लेखक डेनिस ज़िदान ज़ेंग प्रकृति परिणामों का वर्णन करते हुए, कहते हैं कि यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि अब तक, कठोर एक्स-रे जैसी जांच का सहारा लिए बिना इन-सीटू उच्च दबाव सामग्री को चिह्नित करना मुश्किल हो गया है जो दबाव वाहिकाओं की मोटी, मजबूत दीवारों में प्रवेश कर सकते हैं। "नए एनडीसी हमें उच्च दबाव की स्थिति और इसलिए अध्ययन की जा रही सामग्री के उच्च दबाव गुणों को बनाए रखते हुए इस भारी उपकरण से दूर करने की अनुमति देते हैं," वह कहती हैं।

हीरा प्रेरणा

शोधकर्ताओं ने हीरे का उपयोग करना चुना क्योंकि अधिकांश सामग्रियों के विपरीत, कार्बन का यह रूप अपने असाधारण यांत्रिक और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों को उच्च स्तर पर बनने के बाद परिवेश के दबाव में बनाए रखता है। "हम प्राकृतिक भूवैज्ञानिक हीरे के समावेशन से प्रेरित थे और पाया कि अकेले हीरा इन समावेशन के भीतर उच्च दबाव बनाए रखने के लिए पर्याप्त मजबूत है," क्यूओशी ज़ेंग बताते हैं। "इसलिए हमने सिंथेटिक हीरे के समावेशन बनाने का फैसला किया जिसमें उच्च दबाव सामग्री को पतले हीरे के लिफाफे के भीतर उच्च सीमित दबाव के साथ संरक्षित किया जाता है।"

शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके एनडीसी दसियों जीपीए तक के दबाव को बनाए रख सकते हैं, भले ही कैप्सूल की दीवारें सिर्फ दसियों नैनोमीटर मोटी हों। दीवारों का पतलापन टीम को आधुनिक डायग्नोस्टिक जांच का उपयोग करके परमाणु/इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं, संरचना और सामग्री की बंधन प्रकृति पर विस्तृत जानकारी प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, जिसमें ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) और सॉफ्ट एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी पर आधारित विभिन्न तकनीकें शामिल हैं। अन्यथा उच्च दबाव वाले जहाजों के साथ असंगत हैं।

गैस और तरल नमूने

पारंपरिक, स्थिर उच्च-दबाव तकनीकें भी नमूना आकारों पर सीमाएं लगाती हैं: दबाव जितना अधिक होगा, नमूना उतना ही छोटा होना चाहिए। कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) जैसे नैनोस्ट्रक्चर्ड कार्बन के अंदर ठोस कणों पर दबाव डालने के लिए उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विकिरण का उपयोग करके हाल ही में विकसित एक और तकनीक इसके आसपास हो जाती है, लेकिन क्यूओशी ज़ेंग बताते हैं कि इस तकनीक में महत्वपूर्ण प्रतिबंध हैं। विशेष रूप से, सीएनटी के अंदर एक लक्ष्य ठोस सामग्री कण को ​​सफलतापूर्वक सील करना और फिर विकिरण के साथ दबाव लागू करना आदर्श प्रयोगात्मक परिस्थितियों में भी तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है, और गैस या तरल नमूनों के लिए संभव नहीं है। "इसके विपरीत, हमारे NDCs के लिए ऐसी कोई सीमा नहीं है," QiaoshiZeng बताता है भौतिकी की दुनिया.

वांछनीय गुणों वाली कई सामग्रियों को उच्च दबाव पर खोजा गया है, और ये नई सामग्री विशेष रूप से आकर्षक होगी यदि इन गुणों को परिवेश की परिस्थितियों में बनाए रखना संभव हो जाता है। "हमारा काम उपन्यास गुणों को बनाए रखने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जो केवल उच्च दबाव वाली सामग्री में उभरता है, जैसे कमरे के तापमान सुपरकंडक्टिविटी, " वे कहते हैं।

शोधकर्ता अब एनडीसी में इन उच्च दबाव वाले राज्यों को संरक्षित करने की आशा के साथ तकनीक का उपयोग करके विभिन्न सामग्रियों का अध्ययन कर रहे हैं। "हम अपने उच्च दबाव सामग्री संश्लेषण को बढ़ाने पर भी विचार कर रहे हैं," किआओशी ज़ेंग ने खुलासा किया।