உயிர்சார் கலப்பினப் பொருட்களின் மேற்பரப்பு வேதியியலை வெளிக்கொணரும் XPS நுட்பம்

நீர் சுத்திகரிப்பு, வினையூக்கச் செயல்முறைகள், செயல்பாட்டுப் பூச்சுகள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்காக உயிர்சார் பொருட்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இவற்றின் மேற்பரப்பு வேதியியலை ஃப்ரவுன்ஹோஃபர் பயன்பாட்டு பாலிமர் ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தின் (ஐஏபி) ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வு செய்கின்றனர். இதற்கு எக்ஸ்-கதிர் ஃபோட்டோஎலக்ட்ரான் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XPS) எனப்படும் நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகின்றனர். இயற்கை மூலப்பொருட்களை கனிம கூறுகளுடன் இணைத்து உருவாக்கப்படும் பொருட்கள் மீது இந்த ஆய்வு நடத்தப்பட்டது. இது பாட்ஸ்டாம் பல்கலைக்கழகத்தில் பேராசிரியர் ஆண்ட்ரியாஸ் டவுபெர்ட் தலைமையிலான பொருள் வேதியியல் ஆய்வுக் குழுவுடன் இணைந்து செய்யப்பட்டது. இதன் சமீபத்திய முடிவுகள் நியூ ஜர்னல் ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரி இதழில் வெளியாகியுள்ளன.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் காபி வண்டல், ஆரஞ்சு தோல் ஆகியவற்றை வெப்பப்படுத்தி கார்பன் நிறைந்த பொருளான பயோசாரை உருவாக்கினர். பின்னர் அதை களிமண் தாதுக்கள், உலோக ஆக்சைடுகளுடன் இணைத்து நீர் சுத்திகரிப்புக்கான கலப்பினப் பொருட்களை உருவாக்கினர். ஃப்ரவுன்ஹோஃபர் ஐஏபியின் மேற்பரப்பு பகுப்பாய்வு நிபுணர் டாக்டர் ஜியோங் கிம், XPS ஐப் பயன்படுத்தி ஒரு ஆய்வை மேற்கொண்டார். வெப்ப சிகிச்சையும் கலப்பினப் பொருள் உருவாக்கமும் இந்தப் பொருட்களின் மேற்பரப்பு மற்றும் இடைமுக வேதியியலை எவ்வாறு மாற்றியது என்பதை இது ஆய்வு செய்தது. XPS முறையில், ஒரு பொருளின் மேற்பரப்பு எக்ஸ்-கதிர்களால் கதிர்வீச்சு செய்யப்பட்டு, வெளியேறும் துகள்களின் ஆற்றல் அளக்கப்படுகிறது. 'XPS ஒரு மிக நுட்பமான மேற்பரப்பு ஸ்கேனர் போன்றது; ஒரு பொருளின் மேல் 1 முதல் 10 நானோமீட்டர் வரையிலான பகுதியை வேதியியல் வரைபடம் போல படிக்க இது உதவுகிறது' என கிம் தெரிவித்தார். இந்த பகுப்பாய்விற்கு மிகக் குறைந்த மாதிரி தயாரிப்பு மட்டுமே தேவை என்றும் அவர் மேலும் கூறினார்.

இயற்கை மூலப்பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் பொருட்கள், வழக்கமான ஆய்வக இரசாயனங்களை விட வேதியியல் ரீதியாக மிகவும் சிக்கலானவை. ஏனெனில் காபி வண்டல் அல்லது ஆரஞ்சு தோல் போன்ற உயிர்ப்பொருளை வெப்பப்படுத்தும்போது ஒரே நேரத்தில் பல வினைகள் நடைபெறுகின்றன. இது சீரற்றதும் சில நேரங்களில் கணிக்க முடியாததுமான மேற்பரப்பு வேதியியலைக் கொண்ட கார்பனை உருவாக்குகிறது. காபி வண்டல் பயோசாரில், வெப்ப சிகிச்சை மேற்பரப்பு கார்பனை மறுசீரமைத்து, அதிக கார்பன் கொண்ட, கிராஃபைட் போன்ற அமைப்பாக மாற்றியதாக XPS காட்டியது. இது வேதியியல் ரீதியாக பன்முகத்தன்மையுடனும், குறைபாட்டு இடங்கள் நிறைந்ததாகவும் இருந்தது. இது மருந்துச் சேர்மங்கள், சாயங்கள், பிற கரிம மாசுகளுடன் இணையும் தன்மையை மேம்படுத்தும். 'ஒரு பொருளின் துல்லியமான வேதியியலைப் புரிந்துகொள்வது அதன் கூறமைப்பைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது' என டவுபெர்ட் தெரிவித்தார். 'மேலும், நீர் சுத்திகரிப்பு அல்லது மின்வேதியியல் சாதனத்தில் பயன்படுத்தும்போது அப்பொருளில் ஏற்படும் மாற்றங்களையும் இது துல்லியமாகப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது' என அவர் மேலும் கூறினார்.

உயிர்சார் கலப்பினப் பொருட்களில், கரிம மற்றும் கனிமக் கூறுகள் மிக நுண்ணிய அளவில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன; அவற்றின் இடைமுகத்தில் நிகழ்வது பொருளின் பிற்கால பண்புகளை பெரிதும் பாதிக்கலாம். 'கலப்பினப் பொருட்களில், எந்த தனிமங்கள் உள்ளன என்பதை மட்டும் அறிந்தால் போதாது; கரிம, கனிமக் கூறுகள் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கின்றன, அவற்றின் இடைமுகங்களில் புதிய வேதியியல் சூழல்கள் உருவாகின்றனவா என்பதே முக்கியம். இந்த தொடர்புகளை காண்பிக்க XPS உதவுகிறது' என கிம் தெரிவித்தார். ஆரஞ்சு தோல் பயோசார், களிமண், டைட்டானியம் டையாக்சைடு கொண்ட கலப்பின அமைப்புகளில், வெப்ப செயலாக்கத்தின்போது கரிம, கனிமக் கூறுகள் தங்கள் இடைமுகங்களில் வேதியியல் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதாக பகுப்பாய்வு காட்டியது. இதில் டைட்டானியம், ஆக்ஸிஜன், கார்பன், அலுமினியம் ஆகியவை ஈடுபட்டுள்ளன.

நைட்ரஜன்-மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஒளிவினையூக்கிகளில் - ஒளியைப் பயன்படுத்தி மாசுகளை உடைக்கும் பொருட்கள் - டைட்டானியம் கொண்ட கனிம அமைப்பில் இணைந்த நைட்ரஜனையும், எஞ்சிய கரிம நைட்ரஜனையும் வேறுபடுத்தி அறியவும் XPS உதவியது. உயிர்சார் பொருட்களில் தொகுதிக்குத் தொகுதி மாறுபாடுகள், முதுமையடையும் விளைவுகள், மேற்பரப்பு மாற்றங்கள் ஆகியவற்றின் காரணங்களை அடையாளம் காண இந்த நுட்பம் உதவுகிறது என ஃப்ரவுன்ஹோஃபர் ஐஏபி தெரிவித்துள்ளது. இது நிறுவனங்களுக்கும் ஆராய்ச்சிக் கூட்டாளர்களுக்கும் பயனளிக்கிறது. இது புதிய பொருள் கலவைகளை முறையாக மேம்படுத்தவும் வழிகாட்டுகிறது.