भौतिक विज्ञानियों ने एक अतिशीतित तरल - फिजिक्स वर्ल्ड में आराम करते हुए एक गिलास का पहला प्रत्यक्ष अवलोकन किया

भौतिक विज्ञानियों ने एक अतिशीतित तरल - फिजिक्स वर्ल्ड में आराम करते हुए एक गिलास का पहला प्रत्यक्ष अवलोकन किया

समय टिकट: अगस्त 16, 2023 12:00 अपराह्न

एक परमाणु बल माइक्रोस्कोपी छवि जिसमें कांच की परत में स्थानीय झुर्रियाँ बन रही हैं
एएफएम स्नैपशॉट मध्य कार्बनिक ग्लास परत के सुपरकूल्ड तरल में परिवर्तन से प्रेरित स्थानीय झुर्रियों के गठन और प्रगति को दर्शाता है। सौजन्य: जे रोड्रिग्ज-वीजो

सुपरकूल्ड तरल में "आराम" करने वाले अल्ट्रास्टेबल ग्लास के पहले प्रत्यक्ष, वास्तविक समय के अवलोकन ने शोधकर्ताओं को ग्लास संक्रमण के रूप में ज्ञात पहले की रहस्यमय प्रक्रिया को मापने में सक्षम बनाया है। यह परिवर्तन कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिनमें बायोमेडिकल क्रायोप्रिजर्वेशन, दवा संश्लेषण, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण निर्माण और ऊतक इंजीनियरिंग शामिल हैं, लेकिन कुछ उदाहरण दिए जा सकते हैं। इस कार्य का प्रभाव सौर कोशिकाओं पर भी पड़ सकता है, जिनमें अक्सर पैटर्न वाले ग्लास की कोटिंग होती है।

आधुनिक तकनीक और हमारे रोजमर्रा के जीवन में कांच की सर्वव्यापी प्रकृति के बावजूद, हम इसे पूरी तरह से नहीं समझते हैं। हालाँकि ग्लास ठोस दिखाई देते हैं, लेकिन उनकी संरचना अत्यधिक अव्यवस्थित होती है, इसलिए उन्हें कभी-कभी अत्यधिक उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ के रूप में माना जाता है। अन्य रहस्य इस बात से संबंधित हैं कि तरल पदार्थ कैसे ठंडे होते हैं और चश्मे में बदल जाते हैं, और विपरीतता से जब एक गिलास को तब तक गर्म किया जाता है जब तक वह पिघल न जाए। क्या यह ग्लास संक्रमण एक विशिष्ट थर्मोडायनामिक अवस्था है? या क्या कांच केवल एक तरल पदार्थ है जिसे अतिशीतित किया गया है - अर्थात, जो अपने शून्य तापमान से नीचे ठंडा होने के बावजूद अपने तरल गुणों को बरकरार रखता है?

क्रिस्टलीय ठोस के समान

इन और अन्य अनुत्तरित प्रश्नों का समाधान करने के लिए, शोधकर्ताओं ने UAB (यूएबी), द कैटलन इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोसाइंस एंड नैनोटेक्नोलॉजी (ICN2), द कैटेलोनिया की पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी (यूपीसी) और इंस्टीट्यूटो डी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिका डी बार्सिलोना (आईएमबी-सीएनएम) ने सीधे यह देखने के लिए एक माइक्रोस्कोपी तकनीक विकसित की कि जब एक अल्ट्रास्टेबल कार्बनिक ग्लास को उसके ग्लास संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है तो क्या होता है। यह "विश्राम" प्रक्रिया इसे तरल में बदल देती है।

शोधकर्ताओं ने रासायनिक नाम वाले कार्बनिक ग्लास का उपयोग करना चुना N,N′-बीआईएस(3-मिथाइलफेनिल)-N,N′-डाइफेनिलबेंज़िडिनेम क्योंकि यह क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों के समान एक सुपरकूल तरल अवस्था में परिवर्तित होता है। इस प्रकार के संक्रमण में, तरल चरण के छोटे-छोटे क्षेत्र बनते हैं और फिर धीरे-धीरे बड़े होते जाते हैं। यह पारंपरिक चश्मे के विपरीत है, जो विभिन्न क्षेत्रों के बीच किसी भी स्पष्ट विभाजन के बिना अपनी संरचना के पूरे आयतन में तरल अवस्था में परिवर्तित हो जाते हैं।

तरल का निर्माण स्थानीय, नैनोस्केल क्षेत्रों पर होता है

बार्सिलोना टीम ने पहले इस प्रक्रिया को अप्रत्यक्ष रूप से नैनोकैलोरीमेट्री का उपयोग करके देखा था, एक ऐसी तकनीक जो सामग्री की पतली फिल्मों में गर्मी क्षमता को मापना संभव बनाती है। नये कार्य में जिसका विवरण दिया गया है प्रकृति भौतिकी, शोधकर्ता इसे सीधे देखने का एक तरीका प्रस्तुत करते हैं।

ऐसा करने के लिए, उन्होंने कार्बनिक ग्लास को अधिक पिघलने वाले तापमान वाले अधिक कठोर ग्लास की दो परतों के बीच सैंडविच किया। जब उन्होंने कार्बनिक कांच की परत को उसके कांच के संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म किया, तो नरम सुपरकूल्ड तरल क्षेत्रों में यांत्रिक तनाव के कारण बाहरी कांच की परतें विकृत हो गईं, जिसके कारण कांच की परतों और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर था, जिस पर कांच बनता है. यह विकृति, जो नैनो आकार के धक्कों, झुर्रियों और लकीरों के रूप में दिखाई देती है जो धीरे-धीरे बड़ी हो जाती है, को परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) से देखा जा सकता है।

अध्ययन टीम के नेताओं ने कहा, "चूंकि तरल का निर्माण स्थानीय, नैनोस्केल क्षेत्रों पर होता है, इसलिए हमने जो सतह का गलियारा देखा वह भी स्थानीय है और नीचे सुपरकूल्ड तरल से सीधे जुड़ा हुआ है।" जेवियर रोड्रिग्ज-विएजो और क्रिस्टियन रोड्रिग्ज-टिनोको व्याख्या करना। “तकनीक हमें दिखाई देने वाले तरल डोमेन के बीच की दूरी को सीधे मापकर एक पतली फिल्म ग्लास के सुपरकूल्ड तरल में परिवर्तन के स्थानिक-अस्थायी मानचित्र बनाने की अनुमति देती है। इस प्रक्रिया का वास्तविक समय में पालन किया जा सकता है।”

रोड्रिग्ज-विएजो कहते हैं कि उन्होंने जो ग्लास संक्रमण देखा वह उभरते तरल क्षेत्रों के बीच बड़े विस्तार के साथ अत्यधिक विषम साबित हुआ। "इसका मतलब है कि ग्लास पूरी मात्रा में एक बार में सुपरकूल्ड तरल में परिवर्तित नहीं होता है, जैसा कि हम पारंपरिक, तरल-ठंडा ग्लास से उम्मीद कर सकते हैं, लेकिन एक समय अवधि में परिवर्तित होता है जो लाखों गुना धीमी है," वह बताते हैं। "दरअसल, हमने जो प्रक्रिया देखी है वह किसी तरह न्यूक्लिएशन और विकास तंत्र की नकल करती है जैसे कि एक ग्लास के भीतर क्रिस्टलीय चरण के गठन या पॉलीक्रिस्टल के पिघलने के दौरान होती है।"

टीम का लक्ष्य अब छोटे लंबाई के पैमाने पर और कम समय अवधि में ग्लास संक्रमण का अध्ययन करना है, जिसके लिए सदस्यों को नई एएफएम प्रक्रियाओं और प्रोटोकॉल विकसित करने की आवश्यकता हो सकती है। लंबी अवधि में, रोड्रिग्ज-टिनोको का कहना है कि अध्ययन के निष्कर्ष ग्लास पैटर्निंग के औद्योगिक तरीकों को बेहतर बनाने में मदद कर सकते हैं, जिनका उपयोग ऑप्टिकल कोटिंग्स बनाने और सतह के खुरदरापन को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जो कार्बनिक सौर कोशिकाओं में प्रकाश उत्पादन को बढ़ाता है।

समय टिकट:

से अधिक भौतिकी की दुनिया

इससे पहले कि बहुत देर हो जाए, भौतिकविदों को इस बात पर विचार करना चाहिए कि वे क्वांटम प्रौद्योगिकियों के प्रभाव को कैसे संप्रेषित करते हैं - भौतिकी विश्व

स्रोत क्लस्टर:
स्रोत नोड: 1939494
समय टिकट: जनवरी 15, 2024