डिज़ाइन द्वारा सुरक्षित और टिकाऊ: ग्रैफीन एक व्यावहारिक उदाहरण

ग्रैफीन सामग्री विज्ञान का एक वास्तविक चमत्कार है। इस कार्बन के रूप में, परमाणु द्विविमात्मक परतों में व्यवस्थित होते हैं। यह ग्रैफीन को फायदेमंद गुण प्रदान करता है: यह विद्युत चालकता में सक्षम है, लगभग पारदर्शी है और उच्च तन्य शक्ति रखता है। इसलिए, 2004 में इसकी प्रारंभिक संश्लेषण होने के बाद से इस सामग्री पर व्यापक शोध होता आ रहा है, Empa में भी। इसके मानव और पर्यावरण पर प्रभाव को EU 'ग्राफीन फ्लैगशिप' परियोजना के साथ Empa की भागीदारी के तहत गहराई से जांचा गया है।

अब Empa के शोधकर्ता एक कदम और आगे बढ़ रहे हैं और इस नूतन सामग्री पर 'डिज़ाइन द्वारा सुरक्षित और टिकाऊ' (SSbD) सिद्धांत लागू कर रहे हैं। 'ग्रैफीन एक अच्छा उदाहरण है, क्योंकि इसके बारे में पहले से कई अध्ययन और डेटा उपलब्ध हैं,' Empa की 'Nanomaterials in Health' प्रयोगशाला के प्रमुख पीटर विक कहते हैं। 'हमने भी 'ग्राफीन फ्लैगशिप' के तहत दस वर्षों तक इस सामग्री का अध्ययन किया है।'

SSbD अवधारणा के पीछे की बुनियादी विचारधाराएँ नई नहीं हैं, शोधकर्ता आगे बताते हैं: 'सुरक्षा और ग्रैफीन की स्थिरता पहले भी फ्लैगशिप परियोजना का केंद्रीय विषय रहा है। नया है इन विषयों को 'SSbD रूपरेखा' में जोड़ना, जिसका उद्देश्य उद्योग को स्थायी और सुरक्षित नवाचारों को सक्षम करना है।'

Empa शोधकर्ताओं का उद्देश्य सिर्फ यह जानना नहीं था कि ग्रैफीन खुद में सुरक्षित और टिकाऊ है या नहीं। 'हमने SSbD रूपरेखा के प्रायोगिक प्रयोग की परीक्षण करने और यह जानने के लिए इसे विस्तृत डेटा का उपयोग किया कि इसे कहाँ और कैसे आगे विकसित और सरल किया जा सकता है,' Empa की 'टेक्नोलॉजी और सोसाइटी' विभाग की शोधकर्ता फिओरेलला पितारो स्पष्ट करती हैं।

एक नाम, कई सामग्री
कार्य जटिल है: पिछले दो दशकों की गहन शोध और विकास के कारण शुद्ध ग्रैफीन के अलावा कई संबंधित उत्पाद जुड़ गए हैं, जिन्हें ग्रैफीन सदृश सामग्री कहते हैं। शुद्ध ग्रैफीन है, लेकिन ग्रैफीन ऑक्साइड, अवनत ग्रैफीन ऑक्साइड, 'कुछ परत वाले ग्रैफीन', जो अनेक परतों से बना होता है, और बहुत कुछ भी है। यहाँ तक कि ये शब्द स्वयं भी हमेशा स्पष्ट नहीं होते और कुछ अलग सामग्री को दर्शाते हैं।

यह विविधता SSbD के प्रायोगिक उपयोग के लिए एक चुनौती भी है और एक लाभ भी। 'हम सामग्री उपश्रेणियों के लिए डेटा की तुलना कर सकते हैं और कह सकते हैं कि किसी विशेष प्रकार का नुकसान कैसे उसकी संरचना से संबंधित है,' विक बताते हैं। 'क्योंकि उनके पास अक्सर समान कार्यीयताएँ होती हैं, तो आदर्श रूप में हर प्रायोगिक उपयोग के लिए सबसे सुरक्षित ग्रैफीन का उपयोग किया जा सकता है।'
सुरक्षा की जानकारी में यह भी महत्वपूर्ण है कि सामग्री मानव शरीर में कैसे प्रवेश करती है: क्या यह श्वास के माध्यम से, एक दवा के भाग के रूप में सीधे रक्त वाहिकाओं में इंजेक्ट की जाती है? क्या यह खाद्य श्रृंखला के माध्यम से हमारे पाचन मार्ग में प्रवेश करती है, या इसे त्वचा पर लगाया जाता है? 'मानव के लिए जोखिम का विश्वसनीय अनुमान लगाने के लिए, हमें सामग्री के प्रायोगिक उपयोग को जानना चाहिए,' विक कहते हैं। क्योंकि प्रायोगिक उपयोग निर्धारित करता है कि, कैसे और किस मात्रा में एक्सपोज़र होता है।

सुलभ और विश्वसनीय
'जो उपकरण और मॉडल SSbD रूपरेखा के डेटा मूल्यांकन के लिए उपयोग किए जा सकते हैं, वे मुख्यतः रासायनिक पदार्थों के लिए विकसित किए गए थे,' फिओरेलला पितारो कहते हैं। जहाँ रासायनिक पदार्थों में मॉलिक्यूल संरचना मुख्य विशेषता होती है, वहाँ सामग्री सम्मिलित करने में अधिक कारक शामिल होते हैं: सतह की विशेषता, कण की आकृति और आकार, प्रसंस्करण की विधि और भी बहुत कुछ। Empa के शोधकर्ताओं का एक और उद्देश्य है SSbD उपकरण को इस प्रकार विकासित करना कि वे सामग्री पर भी लागू हो सकें।
SSbD का उद्देश्य है स्थायी और सुरक्षित नवाचारों को प्रोत्साहित करना। 'इस रूपरेखा को और अधिक सुलभ और सरल बनाना होगा ताकि यह उद्योग, विशेष रूप से लघु और मध्यम उद्यमों द्वारा उपयोग किया जा सके,' विक कहते हैं। जो मामले यह सुरक्षा और स्थिरता पर बनाता है, वे जांची गई सामग्री और रासायनिक पदार्थों पर भी यथासंभव विश्वसनीय होने चाहिए। इन विरोधाभासपूर्ण आवश्यकताओं को मेल खाने के लिए और अधिक अनुसंधान आवश्यक है - कुछ ऐसा जिसे Empa की टीमें विभिन्न परियोजनाओं में बढ़ावा दे रही हैं।

ग्रैफीन की सुरक्षा और स्थिरता के मामले में, विशेषज्ञ सतर्कतापूर्वक आशावादी हैं। कई क्षेत्रों और प्रायोगिक उपयोगों में यह सामग्री पहले से उपयोग किए जा रहे कार्बन-आधारित विकल्पों की तुलना में अधिक सुरक्षित और स्थायी प्रतीत होती है। हालाँकि, यह इसे बिना किसी रोक के पर्यावरण में छोड़ने की अनुमति नहीं है, वे चेतावनी देते हैं। 'हमें अभी तक सब कुछ ज्ञात नहीं है,' Empa के शोधकर्ता विक कहते हैं।

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