వార్తల్లో ఎందుకు?
భారతీయ పరిశోధకులు మొదటిసారిగా ఆముదం నూనె (castor oil)కు బోరోఫేన్‌ను జోడించారు. చాలా తక్కువ పరిమాణంలో ఇది ఉక్కు ఉపరితలాల మధ్య ఘర్షణను (friction) గణనీయంగా తగ్గించింది. యంత్రాల కోసం సాధ్యమయ్యే జీవాధారిత (bio-based) లూబ్రికెంట్‌ను ఈ అధ్యయనం సూచిస్తుంది. వాణిజ్యపరమైన వినియోగానికి ముందు తదుపరి పరీక్షలు ఇంకా అవసరం.
నేపథ్యం
కదిలే యంత్ర భాగాలు ఘర్షణను సృష్టిస్తాయి, ఇది శక్తిని వృధా చేస్తుంది మరియు క్రమంగా వాటి ఉపరితలాలను దెబ్బతీస్తుంది.
లూబ్రికెంట్ ఆ ఉపరితలాలను వేరు చేస్తుంది, తద్వారా ఘర్షణ, వేడి ఉత్పత్తి మరియు యాంత్రిక అరుగుదలను (mechanical wear) తగ్గిస్తుంది.
మినరల్ ఆయిల్స్ (Mineral oils) విశ్వసనీయంగా పనిచేస్తాయి కానీ వాటి ఉత్పత్తికి ప్రధానంగా పెట్రోలియంపై ఆధారపడతాయి.
కూరగాయల నూనెలు పునరుత్పాదక ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తాయి, అయితే ఆముదం నూనె ఉపయోగకరమైన స్నిగ్ధత (viscosity) మరియు ఉపరితల ఆకర్షణను (surface attraction) అందిస్తుంది.
భారీ లోడ్‌ల కింద కూరగాయల నూనెలు సరిగా పనిచేయకపోవచ్చు, కాబట్టి పరిశోధకులు సురక్షితమైన పనితీరును పెంచే సంకలితాలను (additives) పరీక్షిస్తారు.
బోరోఫేన్ అంటే ఏమిటి?
బోరోఫేన్ (Borophene) అనేది బోరాన్ (boron) యొక్క అలోట్రోప్ (allotrope), ఇది అత్యంత సన్నని, ద్విమితీయ (two-dimensional) పొరను ఏర్పరుస్తుంది.
అలోట్రోప్ అనేది భిన్నమైన మూలక నిర్మాణం, వజ్రం మరియు గ్రాఫైట్ కార్బన్ కు సుపరిచితమైన ఉదాహరణలు.
ప్రతి బోరోఫేన్ పొర ఒక అణువు (atom) మందంతో ఉంటుంది, ఇందులో బోరాన్ అణువులు అనేక స్థిరమైన నమూనాలను ఏర్పరుస్తాయి.
శాస్త్రవేత్తలు 2015లో ఒక వెండి ఉపరితలంపై ప్రయోగాత్మకంగా బోరోఫేన్‌ను మొదటిసారి ఉత్పత్తి చేశారు.
ఈ పదార్థం లోహ స్వభావం కలది (metallic), తేలికైనది, అనువైనది మరియు బలమైనది, అయితే దీని లక్షణాలు దిశ మరియు నమూనాను బట్టి మారుతుంటాయి.
పోలిక: గ్రాఫీన్ (Graphene) అనేది ఒక అణువు-మందం కలిగిన కార్బన్ పొర, అయితే బోరోఫేన్ దాని ద్విమితీయ బోరాన్ ప్రతిరూపం.
కొత్త అధ్యయనాన్ని ఎవరు నిర్వహించారు?
గౌహతిలోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అడ్వాన్స్‌డ్ స్టడీ ఇన్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ నుండి ఈ పని వచ్చింది.
ఈ స్వయంప్రతిపత్తి గల సంస్థ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ విభాగం (Department of Science and Technology) కింద పనిచేస్తుంది మరియు ప్రొఫెసర్ దేవాశిష్ చౌదరి బృందానికి నాయకత్వం వహించారు.
పరిశోధకులు బోరోఫేన్ నానోషీట్లను (nanosheets) రసాయనికంగా మార్చకుండా నేరుగా ఆముదం నూనెలో వెదజల్లారు.
ప్రయోగంలో ఏమి కనుగొనబడింది?
ఉత్తమ మిశ్రమంలో బరువు ప్రకారం 0.1 శాతం బోరోఫేన్ మాత్రమే ఉంది.
దీని ఘర్షణ స్వచ్ఛమైన ఆముదం నూనె కంటే 42 శాతం తక్కువగా ఉంది. కొలవబడిన ఘర్షణ గుణకం (friction coefficient) 0.059 నుండి 0.034 కు పడిపోయింది.
ఈ మిశ్రమం ఉక్కును రక్షించింది, సగటు ఉపరితల కరుకుదనాన్ని (surface roughness) 0.826 నుండి 0.326 మైక్రోమీటర్లకు (micrometres) తగ్గించింది.
| కొలిచిన లక్షణం | స్వచ్ఛమైన ఆముదం నూనె | ఆప్టిమైజ్ చేసిన మిశ్రమం |
|---|---|---|
| బోరోఫేన్ కంటెంట్ | ఏదీ లేదు | బరువు ప్రకారం 0.1 శాతం |
| ఘర్షణ గుణకం | 0.059 | 0.034 |
| ఉక్కు ఉపరితల కరుకుదనం | 0.826 micrometres | 0.326 micrometres |
తక్కువ గుణకం సులభంగా జారడాన్ని సూచిస్తుంది, అయితే తక్కువ కరుకుదనం తక్కువ తీవ్రమైన ఉపరితల నష్టాన్ని సూచిస్తుంది.
బోరోఫేన్ ఘర్షణను ఎలా తగ్గిస్తుంది?
- ఈ నూనె వెదజల్లబడిన బోరోఫేన్ పొరలను కదిలే కాంటాక్ట్ జోన్‌లోకి తీసుకువెళుతుంది.
- ఈ పొరలు ఉక్కు ఉపరితలాలను వేరు చేయడంలో మరియు లోడ్‌లో కొంత భాగాన్ని భరించడంలో సహాయపడతాయి.
- పీడనం, వేడి మరియు ఉపరితల ప్రతిచర్యల ద్వారా క్రమంగా ఒక రక్షిత ట్రైబోఫిల్మ్ (tribofilm) ఏర్పడుతుంది.
- ఈ ఫిల్మ్‌లో ఐరన్ ఆక్సైడ్‌లు, కార్బన్ పదార్థాలు మరియు బోరాన్ ఆధారిత సమ్మేళనాలు ఉంటాయి.
- ఫలితంగా ఏర్పడే పొర ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని, షియర్ స్ట్రెస్‌ను మరియు నిరంతర అరుగుదలను తగ్గిస్తుంది.
ట్రైబోఫిల్మ్ అనేది రుద్దేటప్పుడు సృష్టించబడిన ఒక రక్షిత పొర, ఇది కేవలం అసలు ద్రవ పూత (liquid coating) మాత్రమే కాదు.
ఇది ఇంధన పరిరక్షణకు ఎందుకు తోడ్పడుతుంది?
యంత్రాలు ఘర్షణను అధిగమించడంలో శక్తిని వృధా చేస్తాయి, కాబట్టి చిన్న మెరుగుదలలు పెద్ద పారిశ్రామిక వ్యవస్థలలో పేరుకుపోతాయి.
భాగాలు ఎక్కువ కాలం మన్నికగా ఉంటే వాటిని మార్చడం తగ్గుతుంది, అదే సమయంలో ఆముదం నూనె ఆధారం పెట్రోలియం ఆధారపడటాన్ని తగ్గించవచ్చు.
ఇంకా ఏ సవాళ్లు మిగిలి ఉన్నాయి?
- బోరోఫేన్ రియాక్టివ్‌గా ఉంటుంది మరియు సాధారణ పరిస్థితులకు గురైనప్పుడు ఆక్సీకరణ (oxidise) చెందుతుంది.
- స్థిరమైన, అధిక-నాణ్యత పొరలను పారిశ్రామిక స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయడం ఇంకా కష్టంగానే ఉంది.
- సుదీర్ఘ-కాల పరీక్షలు ఉష్ణోగ్రతలు, లోడ్‌లు మరియు యంత్ర రకాల్లో పనితీరును నిర్ధారించాలి.
- పరిశోధకులు ఖర్చును, పారవేసే భద్రతను మరియు జలచరాల పర్యావరణాలపై (aquatic environments) ప్రభావాలను అంచనా వేయాలి.
ప్రచురించబడిన ఫలితం ఆశాజనకమైన ప్రయోగశాల పురోగతి మాత్రమే, ఇంకా సిద్ధంగా ఉన్న వాణిజ్య లూబ్రికెంట్ కాదు.
ముగింపు
బోరోఫేన్ పునరుత్పాదక లూబ్రికెంట్‌లను బలోపేతం చేయగలదు, అయితే పారిశ్రామిక స్వీకరణకు మన్నిక, భద్రత మరియు స్కేల్-అప్ ఆధారాలు అవసరం.