समाचार में क्यों?
भारतीय शोधकर्ताओं ने पहली बार अरंडी के तेल (castor oil) में borophene मिलाया। बहुत कम मात्रा ने स्टील की सतहों के बीच घर्षण को तेजी से कम कर दिया। अध्ययन मशीनों के लिए एक संभावित जैव-आधारित स्नेहक (bio-based lubricant) का सुझाव देता है। व्यावसायिक उपयोग से पहले अभी और परीक्षण आवश्यक है।
पृष्ठभूमि
चलने वाले मशीन के पुर्जे घर्षण पैदा करते हैं, जो ऊर्जा को बर्बाद करता है और धीरे-धीरे उनकी सतहों को नुकसान पहुंचाता है।
स्नेहक (lubricant) उन सतहों को अलग करता है, घर्षण, गर्मी उत्पादन और यांत्रिक टूट-फूट को कम करता है।
खनिज तेल (Mineral oils) मज़बूती से काम करते हैं लेकिन अपने उत्पादन के लिए मुख्य रूप से पेट्रोलियम पर निर्भर करते हैं।
वनस्पति तेल एक नवीकरणीय विकल्प प्रदान करते हैं, जबकि अरंडी का तेल उपयोगी चिपचिपाहट (viscosity) और सतह का आकर्षण प्रदान करता है।
भारी भार के तहत वनस्पति तेल खराब प्रदर्शन कर सकते हैं, इसलिए शोधकर्ता सुरक्षित प्रदर्शन-बढ़ाने वाले योजक का परीक्षण करते हैं।
Borophene क्या है?
Borophene बोरॉन का एक अपरूप (allotrope) है जो एक अत्यंत पतली, द्वि-आयामी (two-dimensional) शीट बनाता है।
अपरूप एक अलग मौलिक संरचना है, जिसमें हीरा और ग्रेफाइट परिचित कार्बन उदाहरण हैं।
प्रत्येक borophene शीट एक परमाणु मोटी होती है, जिसमें बोरॉन परमाणु कई स्थिर पैटर्न बनाते हैं।
वैज्ञानिकों ने पहली बार 2015 में चांदी की सतह पर प्रयोगात्मक रूप से borophene का उत्पादन किया था।
सामग्री धात्विक, हल्की, लचीली और मजबूत है, जबकि इसके गुण दिशा और पैटर्न के अनुसार भिन्न होते हैं।
तुलना: Graphene एक परमाणु मोटी कार्बन शीट है, जबकि borophene इसका द्वि-आयामी बोरॉन समकक्ष है।
नया अध्ययन किसने किया?
यह काम गुवाहाटी में Institute of Advanced Study in Science and Technology से आया है।
यह स्वायत्त संस्थान Department of Science and Technology के तहत काम करता है, और प्रोफेसर देवाशीष चौधरी (Devasish Chowdhury) ने टीम का नेतृत्व किया।
शोधकर्ताओं ने रासायनिक रूप से संशोधित किए बिना सीधे अरंडी के तेल में borophene नैनोशीट (nanosheets) को फैलाया।
प्रयोग में क्या पाया गया?
सबसे अच्छे मिश्रण में वजन के हिसाब से केवल 0.1 प्रतिशत borophene था।
इसका घर्षण शुद्ध अरंडी के तेल से लगभग 42 प्रतिशत कम था। मापा गया घर्षण गुणांक (friction coefficient) 0.059 से गिरकर 0.034 हो गया।
मिश्रण ने स्टील की रक्षा की, जिससे सतह का औसत खुरदरापन 0.826 से कम होकर 0.326 माइक्रोमीटर हो गया।
| मापी गई विशेषता | शुद्ध अरंडी का तेल | अनुकूलित मिश्रण |
|---|---|---|
| Borophene सामग्री | कोई नहीं | वजन के हिसाब से 0.1 प्रतिशत |
| घर्षण गुणांक | 0.059 | 0.034 |
| स्टील की सतह का खुरदरापन | 0.826 माइक्रोमीटर | 0.326 माइक्रोमीटर |
कम गुणांक आसान फिसलन को दर्शाता है, जबकि कम खुरदरापन सतह के कम गंभीर नुकसान को दर्शाता है।
Borophene घर्षण को कैसे कम करता है?
- तेल छितरी हुई borophene शीट को मूविंग संपर्क क्षेत्र (moving contact zone) में ले जाता है।
- ये शीट स्टील की सतहों को अलग करने और कुछ भार सहन करने में मदद करती हैं।
- दबाव, गर्मी और सतह की प्रतिक्रियाओं के माध्यम से धीरे-धीरे एक सुरक्षात्मक ट्राइबोफिल्म (tribofilm) बनती है।
- इस फिल्म में लोहे के आक्साइड, कार्बन सामग्री और बोरॉन-आधारित यौगिक होते हैं।
- परिणामी परत सीधे संपर्क, कतरनी तनाव (shear stress) और निरंतर घिसाव को कम करती है।
ट्राइबोफिल्म रगड़ने के दौरान बनाई गई एक सुरक्षात्मक परत है, न कि केवल मूल तरल कोटिंग।
यह ऊर्जा संरक्षण का समर्थन कैसे कर सकता है?
मशीनें घर्षण पर काबू पाने में ऊर्जा बर्बाद करती हैं, इसलिए छोटे सुधार बड़ी औद्योगिक प्रणालियों में जमा हो सकते हैं।
लंबे समय तक घटक जीवन प्रतिस्थापन को कम करता है, जबकि अरंडी-तेल आधार पेट्रोलियम निर्भरता को कम कर सकता है।
क्या चुनौतियाँ शेष हैं?
- Borophene प्रतिक्रियाशील है और सामान्य परिस्थितियों के संपर्क में आने पर ऑक्सीकरण कर सकता है।
- औद्योगिक स्तर पर स्थिर, उच्च-गुणवत्ता वाली शीट का उत्पादन करना अभी भी मुश्किल है।
- लंबी अवधि के परीक्षणों को तापमान, भार और मशीन प्रकारों में प्रदर्शन की पुष्टि करनी चाहिए।
- शोधकर्ताओं को लागत, निपटान सुरक्षा और जलीय पर्यावरण पर प्रभावों का आकलन करना चाहिए।
प्रकाशित परिणाम एक आशाजनक प्रयोगशाला प्रगति है, अभी तक एक तैयार वाणिज्यिक स्नेहक नहीं है।
निष्कर्ष
Borophene नवीकरणीय स्नेहक को मजबूत कर सकता है, लेकिन औद्योगिक रूप से अपनाने के लिए स्थायित्व, सुरक्षा और पैमाने पर वृद्धि के साक्ष्य की आवश्यकता है।