എസ്. വരുൺ

കെമിക്കൽ എൻജിനീയറിങ് ഗവേഷകൻ

എൻ.ഐ.ടി. കാലിക്കറ്റ്

• Email

നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം എന്ന് പറയുന്നത് ഊർജമാണ്. ഇത് ഭൂമിയിൽ ജീവൻ നിലനിർത്തുന്നതോടൊപ്പം തന്നെ എല്ലാ ജൈവിക – രാസ പ്രവർത്തനങ്ങളെയും സാധ്യമാക്കി തീർക്കുന്നു. നമുക്ക് നടക്കുവാനും ഭക്ഷണം കഴിക്കാനുമെന്നു വേണ്ട, ശരീരത്തിലെ കുഞ്ഞു കോശങ്ങളുടെ പോലും ഉപാപചയപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് ഊർജം അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. നമ്മുടെ കയ്യിലുള്ള മൊബൈൽ ഫോണുകൾ മുതൽ വ്യവസായസ്ഥാപനങ്ങളിലെ വലിയ യന്ത്രങ്ങൾ വരെ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ഇത്തരത്തിലുള്ള ഊർജം ഉപയോഗപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ടാണ്. സാങ്കേതിക വിപ്ലവങ്ങളുടെ ഔന്നിത്യത്തിൽ നിൽക്കുന്ന മനുഷ്യൻ ഇന്ന് സുസ്‌ഥിര ഊർജോൽപ്പാദനത്തിനാണ് പ്രാധാന്യം കൽപ്പിക്കുന്നത്.

ഊർജത്തിന്റെ പ്രധാന ഉറവിടമെന്നു പറയുന്നത് പെട്രോളിയം, കൽക്കരി മുതലായ ഫോസ്സിൽ ഇന്ധനങ്ങളാണ്. കോടിക്കണക്കിനു വർഷങ്ങൾക്കപ്പുറം മണ്ണിൽ അടിഞ്ഞു കൂടിയ ജൈവപദാർത്ഥങ്ങളിൽ നിന്നും രൂപാന്തരപ്പെട്ട ഇവ തീർത്തും പരിമിതമായ ഊർജ്ജസ്രോതസ്സുകളാണ്. അതു കൂടാതെ ഇവ കത്തുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ്, മീഥെയ്ൻ, കാർബൺ മോണോക്സൈഡ് മുതലായ വാതകങ്ങൾ നമ്മുടെ പരിസ്ഥിതിയെ ഗുരുതരമായി ബാധിക്കുകയും ആഗോള താപനത്തിന് കാരണമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ശാസ്ത്രലോകം ഇപ്പോൾ  ശ്രമിക്കുന്നത് സൗരോർജ്ജം, കാറ്റ്, ജലവൈദ്യുതി തുടങ്ങിയ പുനരുപയോഗക്ഷമമായ ഊർജോൽപ്പാദനത്തിനു വേണ്ടിയാണ്. ഊർജം കാര്യക്ഷമമായി ഉപയോഗിക്കുകയും സുസ്ഥിരമായ പ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നത് വഴി ഭൂമിയുടെ പരിസ്ഥിതി സംവിധാനങ്ങൾ സംരക്ഷിക്കുന്നതിനും ഒരു സ്ഥിരമായ ഭാവി ഉറപ്പാക്കുന്നതിനും സാധിക്കുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള സുസ്‌ഥിരമായ ഊർജോൽപ്പാദനത്തിനുതകുന്ന ഒരു നൂതന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്  നാനോജനറേറ്ററുകളുടെ പ്രവർത്തന തത്ത്വമെന്നു പറയുന്നത്. ജൈവിക ചലനങ്ങളായ നമ്മുടെ നടത്തം മുതൽ കണ്ണുകൾ ചിമ്മുന്നത് വരെ നാനോജനറേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് വൈദുതിയാക്കി മാറ്റാൻ സാധിക്കും.

എന്താണ് നാനോടെക്നോളജി ?

നാനോടെക്നോളജി എന്നാൽ വളരെ ചെറിയ കണികകളുടെ പഠനമാണെന്ന് പറയാം. അതായതു ഒരു ബില്ല്യണിൽ ഒരു അംശം (10^-9) വരുന്ന കണികകളുടെ പഠനം. എന്താണിതിന്റെ പ്രത്യേകത? പദാർത്ഥങ്ങളെ നാനോസ്കെയ്ലിലേക്ക് കൊണ്ട് വരുമ്പോൾ അവയ്ക്ക്  അസാധാരണമായ ഭൗതിക, രാസഗുണങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, സ്വർണ്ണം എന്ന ലോഹം അതിന്റെ നിറം കൊണ്ടും തേയ്മാനം സംഭവിക്കാതിരിക്കാനുള്ള കഴിവ് കൊണ്ടും അലങ്കാര വസ്തു നിർമാണത്തിന് ഏറെ പ്രധാനപ്പെട്ടതാണ്.  മലയാളികൾക്ക് സ്വർണ്ണം എന്നാൽ ഭ്രമമാണ് എന്ന് തന്നെ പറയേണ്ടിയിരിക്കുന്നു. എന്നാൽ, സ്വർണ്ണം നാനോ അളവിലേക്ക് എത്തുമ്പോൾ (പ്രത്യേക രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ശാസ്ത്രീയമായി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുമ്പോൾ) അത് പൂർണ്ണമായും വ്യത്യസ്തമായ ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റ്, പ്രകാശോൽക്കാശം (luminescence), കാറ്റലിറ്റിക് ഗുണങ്ങൾ തുടങ്ങിയ ഒട്ടനവധി പ്രത്യേകതകൾ ഇവയ്‌ക്കു കൈ വരുന്നു. ഈ ഗുണങ്ങൾ സാധാരണ സ്വർണ്ണത്തിൽ കാണാൻ സാധിക്കില്ല. ഇത്തരത്തിൽ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ നാനോ അളവിലുള്ള ഗുണങ്ങൾ മെഡിസിൻ, ഇലക്ട്രോണിക്‌സ്, പരിസ്ഥിതി ശാസ്ത്രം തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ ഭീമമായ മാറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമായിട്ടുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, സ്വർണ്ണ നാനോകണങ്ങൾ ടാർഗെറ്റഡ് ഡ്രഗ് ഡെലിവറി, കാൻസർ ചികിത്സ, അതിവ്യത്യസ്തമായ ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നാനോടെക്‌നോളജിയെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയുള്ള സോളാർ സെല്ലുകൾ, കൃത്യതയുള്ള മരുന്നുകൾ എന്നിവയുടെ വികസനത്തിന് വഴിതെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്.

അതിസൂക്ഷ്മ അളവിൽ പദാർത്ഥങ്ങളെ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നത് വഴി വിവിധ ശാസ്ത്രീയ, വ്യവസായിക മേഖലകളിൽ വമ്പിച്ച മുന്നേറ്റം ഉണ്ടാക്കുന്നു എന്നത് നാനോടെക്‌നോളജിയുടെ ഒരു അപാരമായ സാധ്യതയായാണ് കാണേണ്ടത്. ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യയുടെ മറ്റൊരു ചുവടുവെപ്പാണ് നമ്മുടെ ചുറ്റുമുള്ള ചെറുചലനങ്ങളെ പോലും ഊർജമാക്കി മാറ്റാൻ സാധിക്കുന്നത്. നമ്മുടെ ഹൃദയമിടിപ്പും ശ്വാസോച്ഛ്വാസവുമെല്ലാം ഉപയോഗപ്പെടുത്തി വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഇത്തരത്തിലുള്ള കുഞ്ഞൻ ജനറേറ്ററുകളാണ് നാനോജനറേറ്ററുകൾ.

നാനോജനറേറ്ററുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു ?

നാനോജനറേറ്ററുകളുടെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ പ്രധാനമായും രണ്ട് തരത്തിലുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യകളെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയുള്ളതാണ്.

1. പീസോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റ്: സിങ്ക് ഓക്സൈഡ്, ബേരിയം ടൈറ്റാനേറ്റ് മുതലായ ചില പ്രത്യേകതരം പദാർത്ഥങ്ങളിൽ മെക്കാനിക്കൽ സ്‌ട്രെസ്സ് അഥവാ യാന്ത്രികമായ ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നതു വഴിയുള്ള വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദനമാണ് പീസോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവത്തിൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്.
2. ട്രൈബോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റ്: രണ്ട് വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയലുകൾ തമ്മിൽ ഘർഷണം ഉണ്ടാകുമ്പോൾ, അവയ്ക്കിടയിൽ വൈദ്യുത ചാർജ് ഉണ്ടാകുന്നു. ഇതാണ് ട്രൈബോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റ്. നാനോജനറേറ്റർസ് ഈ പ്രതിഭാസത്തെ ഉപയോഗിച്ച് ഊർജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.

നാനോജനറേറ്ററുകളുടെ നിർമ്മാണം

ചുറ്റിലുമുള്ള ജൈവീക ചലനങ്ങളെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത് പോലെ തന്നെ ഈ കുഞ്ഞൻ ഉപകരണത്തിന്റെ നിർമ്മാണവും ഏറെ പ്രത്യേകതയുള്ളതാണ്. പീസോഇലക്ട്രിക്, അല്ലെങ്കിൽ ട്രൈബോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് യാന്ത്രിക ഊർജ്ജത്തെ വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് നാനോ ജനറേറ്ററുകൾ.  ട്രൈബോഇലക്ട്രിക് പ്രതിഭാസത്തിൽ, രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പഥാർത്ഥങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള സ്പർശനവും ഘർഷണവും കാരണം, ഇലക്ട്രോൺ അഫിനിറ്റി വ്യത്യാസം അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒന്നിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ഇലക്ട്രോണുകൾ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. തത്‌ഫലമായി ഒരു പ്രതലം പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജും മറ്റേത് നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജും നേടുന്നു. ഈ പ്രതലങ്ങൾ പിരിയുമ്പോൾ, വിപരീത ചാർജുകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കുമെങ്കിലും ശാരീരികമായി വേർപെടുത്തപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു ഇലക്ട്രിക് പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം ഉണ്ടാകുന്നു. ഈ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടുമായി കണക്റ്റ് ചെയ്യുമ്പോൾ, വിപരീത ചാർജുകൾ ചേരാൻ ശ്രമിക്കുന്നതിനാൽ ഒരു AC കറന്റ് ഒഴുകുകയും ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. നാനോജനറേറ്റർസ് ഈ പ്രതിഭാസത്തെ ഉപയോഗിച്ച് ഊർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.

നമുക്ക് ചുറ്റുമുള്ള നാനാവിധ പോളിമർ പദാർത്ഥങ്ങളെയാണ് ഇവക്ക് വേണ്ടി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. പുതിയ പഠനങ്ങൾ പ്രകാരം നമ്മുടെ കയ്യിലുള്ള പ്ലാസ്റ്റിക് കവറുകൾ വരെ നാനോജനറേറ്ററുകളുടെ പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള നിർമ്മാണരീതി അലക്ഷ്യമായി വലിച്ചെറിയുന്ന പ്ലാസ്റ്റിക് മാലിന്യങ്ങളുടെ നിർമ്മാർജ്ജനത്തിനും കൂടെ സഹായിക്കുന്നു. ഇങ്ങനെയുണ്ടാകുന്ന നാനോജനറേറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ചു കൊണ്ട് അനവധിയായ എൽ.ഇ.ഡി. ലൈറ്റുകൾ വരെ ഒരുമിച്ച് കത്തിക്കുന്നതിനു സാധിക്കുന്നു.

നാനോജനറേറ്ററുകൾ – ഭാവിയുടെ ഊർജ സ്രോതസ്സുകൾ

ഊർജമേഖലയെ തന്നെ മാറ്റിമറിച്ചേക്കാവുന്ന ഒരു പുത്തൻ ചുവടുവെപ്പാണ് നാനോജനറേറ്റർ എന്ന ഈ കുഞ്ഞൻ യന്ത്രങ്ങൾ. ഇപ്പോൾ പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തിൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി വരുന്ന ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യ ഭാവിയിലേക്കുള്ള വലിയൊരു മുതൽക്കൂട്ട് എന്നതിലുപരി ഊർജസംരക്ഷണത്തിന്റെയും പരിസ്ഥിതി സംരക്ഷണത്തിന്റെയും നെടും തൂണാകുമെന്നത് നമുക്ക് നിസ്സംശയം പറയാം. പ്രകൃതിയിലേക്ക് വലിച്ചെറിയപ്പെടുന്ന പ്ലാസ്റ്റിക് കവറുകൾ മുതൽ പലതരത്തിലുള്ള പോളിമെറുകളെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നതുവഴി “ക്ലീൻ ആൻഡ് സസ്‌റ്റൈനബിൾ” എനർജി നിർമ്മാണത്തിൽ ഇവയുടെ  സ്ഥാനം വിലമതിക്കാനാവാത്തതാണ്. നാനോജനറേറ്റർ എന്ന ഈ കുഞ്ഞൻ യന്ത്രം, ഒരു പുതിയ യുഗത്തിന്റെ തുടക്കവും.

റഫറൻസ്

1. Varun, S., George, N. M., Chandran, A. M., Varghese, L. A., & Mural, P. K. S. (2023). Multifaceted PVDF nanofibers in energy, water and sensors: A contemporary review (2018 to 2022) and future perspective. Journal of Fluorine Chemistry, 265, 110064.
2. Varun, S., Chandran, A. M., Minhaj, K. P., Shaju, V., Varghese, L. A., & Mural, P. K. S. (2024). Unveiling predictive insights for enhanced performance of PVDF-based nanogenerators via machine learning modeling. Chemical Engineering Journal, 484, 149661.
3. Wu, C., Wang, A. C., Ding, W., Guo, H., & Wang, Z. L. (2019). Triboelectric nanogenerator: a foundation of the energy for the new era. Advanced Energy Materials, 9(1), 1802906

ചലിക്കുന്നതാണോ? സംശയം വേണ്ട വൈദ്യുതി ഉല്പാദിപ്പിക്കാം | Mubeena Rafi | Kerala Science Slam

Happy

0 0 %

Sad

0 0 %

Excited

0 0 %

Sleepy

0 0 %

Angry

0 0 %

Surprise

0 0 %