ഒരു തരി പൊന്നിന്റെ നിറമെന്താ?

[author title=”നയന ദേവരാജ്” image=”https://luca.co.in/wp-content/uploads/2019/07/nayana-devraj.jpg”]ഭൗതികശാസ്ത്ര ഗവേഷക വിദ്യാര്‍ത്ഥി, എന്‍. ഐ. ടി., സൂറത്കല്‍ [/author]

ഒരു തരി പൊന്നിന്റെ നിറമെന്താ?
എന്തു ചോദ്യാ, സ്വർണത്തിന്റെ വില അല്ലേ ദിവസം തോറും മാറുന്നേ, നിറം മാറുന്നില്ലലോ എന്നാണോ ? എന്നാൽ സ്വർണത്തിനു സ്വർണ മഞ്ഞ നിറം മാത്രമല്ല, നീലയും പച്ചയും ചുവപ്പും ഉൾപ്പെടെ പല നിറങ്ങൾ ഉണ്ട്..

[dropcap]ജ[/dropcap] നിച്ചപ്പോൾ തൊട്ട് കഴുത്തിലും കാതിലും കൈയിലും എന്ന് വേണ്ട ശരീരത്തിലെ പറ്റാവുന്നിടത്തൊക്കെ സ്വർണമിട്ടു നടന്നിട്ടും ഈ നിറത്തിലൊന്നും സ്വർണത്തെ കണ്ടില്ലല്ലോ എന്നല്ലേ ? അപ്പോൾ പിന്നെ എപ്പോഴാണ് സ്വർണം ഇങ്ങനെ പല നിറങ്ങളിൽ കാണുക? എന്താണ് ഇതിനു കാരണം? സ്വർണം മാത്രമാണോ ഇത്തരത്തിൽ കാണപ്പെടുന്നത്?

ഇതിനൊക്കെ ഉത്തരം കിട്ടണമെങ്കിൽ നമുക്കത്ര പരിചയമില്ലാത്ത മറ്റൊരു ലോകത്തെ പരിചയപ്പെടണം.കുഞ്ഞൻ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ലോകം. നമ്മൾ സാധാരണ രീതിയിൽ കാണുകയും കൈകാര്യം ചെയ്യുകയും ഒക്കെ ചെയ്യുന്നത് വളരെ വലിയ വസ്തുക്കളെയാണ് !

ഒരു കടുകു മണിക്ക് വരെ ഉണ്ട് 1മില്ലി മീറ്റര്‍ വ്യാസം. ഒരു മില്ലി മീറ്ററിന്റെ ആയിരത്തില്‍ ഒന്നാണ് മൈക്രോണ്‍ (10^-6) അഥവാ മൈക്രോമീറ്റര്‍ . ഒരു മൈക്രോണിനുംമുകളിൽ വലിപ്പമുള്ള പദാർത്ഥളെ ഒക്കെ ചില ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്ക് വലിയ പദാർത്ഥങ്ങൾ ആണ്. അത് കൊണ്ട് അവയെ സ്തൂലപദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ എന്ന് പറയുന്നു. ഇതിലും ചെറിയ പദാർത്ഥങ്ങൾ സാധ്യമാണോ? തീർച്ചയായും സാധ്യമാണ്. വലിപ്പം കുറച്ച കുറച്ചു പദാർത്ഥങ്ങളെ 1 nm (10^-9 m) വരെ എത്തിക്കാം. 1-100 നാനോമീറ്റർ ഇടയിൽ വലിപ്പമുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളെ പൊതുവെ നാനോമെറ്റീരിയൽ എന്ന് പറയുന്നു. ഇത്തരം നാനോ പദാർത്ഥങ്ങൾ സാധാരണ പദാർത്ഥത്തിൽ നിന്നും തീർത്തും വിഭിന്നമായ സ്വഭാവ സവിശേഷതകളാണ് പ്രകടിപ്പിക്കാറുള്ളത് . എന്ന് മാത്രമല്ല രൂപമോ വലുപ്പമോ അല്പം ഒന്ന് മാറിയാൽ ഉടൻ ഇവരുടെ സ്വഭാവവും അങ്ങ് മാറിക്കളയും!

[box type=”info” align=”aligncenter” class=”” width=””]ഒരു നാനോ മീറ്റർ മുതൽ 100 നാനോ മീറ്റർ വരെ വലിപ്പമുള്ള ഖരവസ്തുക്കളാണ് നാനോ പദാർഥങ്ങൾ (Nano Particles) എന്നറിയപ്പെടുന്നത്. ഇവയുടെ നിർമ്മാണം നാനോ സാങ്കേതിക രംഗത്തെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്ന ഒരു മേഖലയാണ്. നാനോ പദാർഥങ്ങൾ ലോഹമിശ്രിതങ്ങളോ പോളിമറുകളോ സെറാമിക്കുകളോ ആകാം. മിക്ക പദാർഥങ്ങളുടെയും നാനോ രൂപങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടുതൽ പരീക്ഷണങ്ങൾ ഈ മേഖലയിൽ സജീവമാണ്.[/box]

ഈ കുഞ്ഞൻ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ മാത്രം വലിപ്പത്തിനെന്താണ് ഇത്ര പ്രത്യേകത ? അതിനു കാരണം മറ്റൊന്നുമല്ല, അവ അത്രമാത്രം ചെറുതാണ് എന്നത് തന്നെ. വിശദമാക്കാം.

ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ഏകദേശ വലിപ്പം പത്തിലൊന്ന് നാനോമീറ്റര്‍. ഒരു മൈക്രോണിന്റെ ആയിരത്തില്‍ ഒന്നാണ് നാനോ മീറ്റര്‍. അതുകൊണ്ടു തന്നെ വളരെ കുറച്ചു ആറ്റങ്ങൾ മാത്രമായിരിക്കും ഒരു നാനോമീറ്റർ വലുപ്പമുള്ള പദാർത്ഥത്തിൽ ഉണ്ടാവുക. ഇവക്ക് ഒരു മൈക്രോണിനു മുകളിൽ വലുപ്പമുള്ള സാധാരണ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സ്വഭാവമോ ആ പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ സ്വഭാവമോ ആയിരിക്കില്ല. ഒരു നാനോമെറ്റീരിയലിലെ മിക്ക ആറ്റങ്ങളും അതിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ആയിരിക്കും സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. അതുകൊണ്ടു തന്നെ നാനോമെറ്റീരിയലിനെ സ്വഭാവ ഗുണങ്ങളെ നിർണയിക്കുന്നതിൽ അതിന്റെ വലിപ്പത്തിനും ആകൃതിക്കും വളരെ ഏറെ പ്രാധാന്യം ഉണ്ട്.എന്നാൽ ഒരു സാധാരണ മെറ്റീരിയലിനെ സംബന്ധിച്ചടുത്തോളം ഉപരിതലത്തിൽ കാണപ്പെടുന്ന ആറ്റങ്ങൾ അവയ്ക്കുള്ളിൽ കാണപ്പെടുന്ന ആറ്റങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ചു എണ്ണത്തില്‍ വളരെ വളരെ കുറവാണ് . കുറച്ചു കൂടി കൃത്യമായി പറയുകയാണെങ്കിൽ നാനോ പദാർത്ഥങ്ങളുടെഉപരിതല- വ്യാപ്ത അനുപാതം (surface /volume ratio) വളരെ വലുതും സ്‌ഥൂല പദാർത്ഥത്തി ൽ ഈ അനുപാതം വളരെ ചെറുതുമാണ്. അതുകൊണ്ടാണ് നാം നിത്യജീവിതത്തിൽ കാണുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാന സ്വഭാവങ്ങളിൽ ആകൃതിയും വലിപ്പവും ഒരു മാറ്റവും ഉണ്ടാക്കാതിരിക്കുന്നത്.

ഒരു വസ്തു ഏതു നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തെയാണോ വിസരണം ചെയ്യുന്നത് , അതായിരിക്കുമല്ലോ അതിന്റെ നിറം . അപ്പോൾ സ്വർണ നാനോ കണികകൾ നിറം മാറുന്നതും അവ പുറത്ത് വിടുന്ന പ്രകാശ തരംഗത്തിന്റെ നിറം മാറുന്നത് കൊണ്ടായിരിക്കുമല്ലോ.

സ്വർണ നാനോ കണികയുടെ വലിപ്പം മാറുന്നതിനനുസരിച്ച് അവ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗ ദൈർഘ്യം മാറുന്നു. 30 nm വലിപ്പമുള്ള കണികാ പ്രകാശതരംഗത്തിലെ നീല-പച്ച തരംഗങ്ങളെ ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ചുവന്ന നിറത്തിലുള്ള തരംഗങ്ങളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഈ വലിപ്പത്തിലുള്ള സ്വർണ കണികയുടെ നിറം ചുവപ്പായിരിക്കും. കണികയുടെ വലിപ്പം കൂടും തോറും അത് ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന തരംഗങ്ങളുടെ തരംഗ ദൈർഘ്യം കൂടുന്നു. അതായത് അവ പുറത്തേക്ക് വിടുന്നത് തരംഗ ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ തരംഗങ്ങളെ ആയിരിക്കും. ദൃശ്യപ്രകാശത്തിൽ  തരംഗ ദൈർഘ്യം കൂടുതൽ ചുവപ്പിനും കുറവ് നീലയ്കുമാണല്ലോ ? വലിപ്പം കൂടുതോറും കുറഞ്ഞ തരംഗ ദൈർഘ്യത്തിൽ ഉള്ള തരംഗങ്ങളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നതുകൊണ്ട് സ്വർണത്തിന്റെ നിറം ചുവപ്പിൽ നിന്ന് നീലയിലേക്കു മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. വീണ്ടും കണികയുടെ വലിപ്പം കൂട്ടിയാലോ? അപ്പോഴേക്കും അവ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന തരംഗത്തിന്റെ തരംഗ ദൈർഘ്യം കൂടി അത് ദൃശ്യപ്രകാശത്തിന്റെ പരിധിയും കടന്നു ഇൻഫ്രാ റെഡ് തരംഗങ്ങൾ ആയി മാറും. അതോടു കൂടി വലിപ്പത്തിനനുസരിച് നിറം മാറുന്ന പരിപാടി സ്വർണം അവസാനിപ്പിക്കും.

നമ്മുടെ പരിചയത്തിലുള്ള സ്വര്‍ണത്തില്‍ (bulk material) പതിയുന്ന നീലവരെയുള്ള നിറങ്ങള്‍ ആഗിരണം  ചെയ്യുകയും ബാക്കി പ്രതിഫലിക്കയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാലാണ് നീലക്ക് മുകളിലുള്ളവയുടെ സമ്മിശ്രനിറമായ സ്വര്‍ണനിറത്തില്‍ അത് കാണപ്പെടുന്നത്.

നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ നിറത്തിൽ മാത്രമല്ല ചാലകത, കാന്തികസ്വഭാവം, ഉരുകല്‍ നില എന്നിങ്ങനെ പലതും അവയുടെ സ്‌ഥൂലരൂപങ്ങളിൽ നിന്ന് തീർത്തും വ്യത്യസ്തമാണ്. 

[box type=”info” align=”aligncenter” class=”” width=””]നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ വ്യത്യസ്തമായഭൗതിക-രാസ-യാന്ത്രിക സ്വഭാവങ്ങളെ പറ്റി പഠിക്കുന്നതിനും അവ ഏതൊക്കെ രീതിയിൽ, ഏതൊക്കെ മേഖലകളിൽ പ്രയോജന പെടുത്താം എന്നതിനുമൊക്കെയുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾ ശാസ്ത്ര രംഗത്തു നടന്നു വരികയാണ്. ചെറിയ ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപകരണങ്ങൾ നിർമിക്കുന്നത്  മുതൽ രോഗ നിര്‍ണയത്തിനും ചികിത്സക്കും വരെ ഇന്ന് നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നുണ്ട്. അനന്ത സാദ്ധ്യതകൾ ഒളിപ്പിച്ചു വെച്ചിരിക്കുന്ന ഈ കുഞ്ഞു ലോകത്തെ കൂടുതൽ അറിയാനുള്ള ശ്രമത്തിലാണ് ഇന്ന് ശാസ്ത്രലോകം.[/box]