पहले, वैज्ञानिक ठीक से मापते हैं कि सिंथेटिक हीरे कैसे बढ़ते हैं

How to Become a Scientist with Full Information – [Hindi] – Quick Support (जुलाई 2019).

Anonim

प्राकृतिक हीरे जबरदस्त दबाव और गहरे भूमिगत तापमान से जाली बना है। लेकिन सिंथेटिक हीरा को न्यूक्लियेशन द्वारा उगाया जा सकता है, जहां हीरा "बीज" के छोटे टुकड़े बड़े हीरे क्रिस्टल के विकास होते हैं। बादलों में भी यही बात होती है, जहां कण बर्फ क्रिस्टल के विकास को जन्म देते हैं जो तब बारिश की बूंदों में पिघलाते हैं।

वैज्ञानिकों ने अब पहली बार देखा है कि परमाणु स्तर पर बीज से हीरे कैसे बढ़ते हैं, और पता चला कि क्रिस्टल बढ़ती प्रक्रिया को ओवरड्राइव में लात मारने के लिए कितने बड़े बीज की आवश्यकता है।

नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही में इस हफ्ते प्रकाशित परिणाम, इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि न्यूक्लियेशन केवल हीरे में नहीं, बल्कि वायुमंडल में, सिलिकॉन क्रिस्टल में कंप्यूटर चिप्स और यहां तक ​​कि प्रोटीन में भी न्यूरोलॉजिकल बीमारियों में मिलते-जुलते होते हैं।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर निकोलस मेलोश और एनर्जी के एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी विभाग ने अनुसंधान का नेतृत्व करने वाले शोधकर्ता निकोलस मेलोश कहते हैं, "न्यूक्लियेशन ग्रोथ सामग्री विज्ञान का मुख्य सिद्धांत है, और एक सिद्धांत और एक सूत्र है जो वर्णन करता है कि यह प्रत्येक पाठ्यपुस्तक में कैसे होता है।" । "इस तरह हम एक भौतिक चरण से दूसरे में जाने का वर्णन करते हैं, उदाहरण के लिए तरल पानी से बर्फ तक।"

लेकिन दिलचस्प बात यह है कि, "हर जगह इस प्रक्रिया के व्यापक उपयोग के बावजूद, इसके पीछे सिद्धांत का प्रयोग कभी-कभी परीक्षण नहीं किया गया था, क्योंकि यह देखते हुए कि परमाणु पैमाने के बीज से क्रिस्टल विकास कैसे शुरू होता है, यह बेहद मुश्किल है।"

सबसे छोटे संभव specks

वास्तव में, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह ज्ञात किया है कि वर्तमान सिद्धांत अक्सर न्यूक्लियेशन प्रक्रिया को दूर करने के लिए कितनी ऊर्जा लेता है, और काफी हद तक अधिक महत्व देता है। वे वास्तविकता के साथ सिद्धांत को सुलझाने के संभावित तरीकों के साथ आ गए हैं, लेकिन अब तक उन विचारों का परीक्षण केवल अपेक्षाकृत बड़े पैमाने पर किया गया है, उदाहरण के लिए प्रोटीन अणुओं के साथ, परमाणु पैमाने पर जहां न्यूक्लियेशन शुरू होता है।

यह देखने के लिए कि यह छोटे पैमाने पर कैसे काम करता है, मेलोश और उनकी टीम हीरे के सबसे छोटे संभव बिट्स हीरेओड्स में बदल गईं। सबसे छोटे में केवल 10 कार्बन परमाणु होते हैं। ये specks एसएलएसी और स्टैनफोर्ड में एक डीओई-वित्त पोषित कार्यक्रम का केंद्र हैं, जहां स्वाभाविक रूप से होने वाले हीरेनोइड पेट्रोलियम तरल पदार्थ से अलग होते हैं, आकार और आकार और अध्ययन द्वारा क्रमबद्ध होते हैं। हाल के प्रयोगों का सुझाव है कि उन्हें अन्य चीजों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने के लिए नैनोयर्स या "आण्विक ऐविल्स" को इकट्ठा करने के लिए लेगो-जैसे ब्लॉक के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

प्रयोगों के नवीनतम दौर का नेतृत्व स्टैनफोर्ड पोस्टडोक्टरल शोधकर्ता मैथ्यू गेबी ने किया था। वह इंटरफेस की रसायन शास्त्र में रुचि रखते हैं - ऐसे स्थान जहां पदार्थ का एक चरण दूसरे से मुठभेड़ करता है, उदाहरण के लिए हवा और पानी के बीच की सीमा। यह पता चला है कि सीवीडी, या रासायनिक वाष्प जमावट नामक प्रक्रिया के साथ बढ़ते हीरे में इंटरफेस अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण हैं, जिसका व्यापक रूप से उद्योग और गहने के लिए सिंथेटिक हीरा बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।

"मैं जो उत्साहित हूं, वह समझ रहा है कि कैसे आकार और आकार और आणविक संरचना उभरती प्रौद्योगिकियों के लिए महत्वपूर्ण सामग्री के गुणों को प्रभावित करती है, " गेबी कहते हैं। "इसमें सेंसर और क्वांटम कंप्यूटिंग में उपयोग के लिए नैनोस्केल हीरे शामिल हैं। हमें उन्हें विश्वसनीय और लगातार उच्च गुणवत्ता के साथ बनाने की आवश्यकता है।"

डायमंड या पेंसिल लीड?

सीवीडी के साथ प्रयोगशाला में हीरा विकसित करने के लिए, कुचल हीरे के छोटे टुकड़े सतह पर बीजित होते हैं और प्लाज्मा के संपर्क में आते हैं - ऐसे उच्च तापमान तक गर्म गैस का बादल जो इलेक्ट्रॉनों को उनके परमाणुओं से अलग कर दिया जाता है। प्लाज्मा में हाइड्रोजन और कार्बन होता है, जो हीरे बनाने के लिए आवश्यक दो तत्व होते हैं।

गेबबी कहते हैं, यह प्लाज्मा या तो बीज को भंग कर सकता है या उन्हें बढ़ सकता है, और दोनों के बीच की प्रतियोगिता यह निर्धारित करती है कि बड़े क्रिस्टल बनते हैं या नहीं। चूंकि कार्बन परमाणुओं को ठोस में पैक करने के कई तरीके हैं, इसलिए इसे केवल सही परिस्थितियों में ही किया जाना चाहिए; अन्यथा आप ग्रेफाइट के साथ समाप्त हो सकते हैं, जिसे आमतौर पर पेंसिल लीड के नाम से जाना जाता है, जो स्पार्कली सामान के बाद आप थे।

डायमंडॉयड बीज वैज्ञानिकों को इस प्रक्रिया पर नियंत्रण का एक बहुत ही बेहतर स्तर प्रदान करते हैं। यद्यपि वे सबसे शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के साथ भी सीधे देखने के लिए बहुत छोटे होते हैं, फिर भी उन्हें कार्बन परमाणुओं की संख्या के अनुसार क्रमबद्ध किया जा सकता है और फिर सिलिकॉन वेफर की सतह से रासायनिक रूप से जुड़ा होता है, इसलिए उन्हें जगह में पिन किया जाता है प्लाज्मा के संपर्क में जा रहा है। बीज के चारों ओर बढ़ने वाले क्रिस्टल अंततः माइक्रोस्कोप के नीचे गिनने के लिए काफी बड़े होते हैं, और शोधकर्ताओं ने यही किया।

जादू संख्या 26 है

यद्यपि हीरे के पहले हीरे के विकास के लिए हीरेओइड का उपयोग किया गया था, लेकिन ये विभिन्न आकारों के बीज का उपयोग करने के प्रभावों का परीक्षण करने वाले पहले प्रयोग थे। टीम ने पाया कि क्रिस्टल वृद्धि वास्तव में उन बीजों से निकलती है जिनमें कम से कम 26 कार्बन परमाणु होते हैं।

इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि गेबबी का कहना है कि वे सीधे ऊर्जा बाधा को मापने में सक्षम थे कि क्रिस्टल में बढ़ने के लिए हीराइड कणों को पार करना होगा।

"यह सोचा गया था कि यह बाधा एक विशाल पहाड़ की तरह होना चाहिए कि कार्बन परमाणु पार करने में सक्षम नहीं होना चाहिए - और वास्तव में, दशकों से वहां एक खुला सवाल रहा है कि हम पहले ही हीरे क्यों बना सकते हैं, " वह कहते हैं। "जो हमने पाया वह एक हल्की पहाड़ी की तरह था।"

गेबबी कहते हैं, "यह वास्तव में मौलिक शोध है, लेकिन दिन के अंत में, हम वास्तव में उत्साहित हैं और ड्राइविंग करने के लिए हीरा नैनोमटेरियल बनाने के लिए एक अनुमानित और विश्वसनीय तरीका है। अब हमने अंतर्निहित वैज्ञानिक ज्ञान विकसित किया है ऐसा करने के लिए, हम इन हीरे नैनोमटेरियल्स को व्यावहारिक उपयोग में रखने के तरीकों की तलाश करेंगे। "

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