एयरोस्पेस से घर के भीतर के अनुप्रयोगों तक, व्यापक उपयोग के लिए तैयार उन्नत ऑक्सेटिक गेज

ऑक्सेटिक सामग्री क्लासिकल सामग्री से अलग होती हैं क्योंकि उनका पॉइसन अनुपात नकारात्मक होता है। दूसरे शब्दों में, लंबवत दिशा में लागू तनाव बल के तहत, ऑक्सेटिक परिपत्र लम्बवत दिशा में विस्तार करती हैं। 

वैज्ञानिक सामग्री में ऑक्सेटिक गुणों की खोज जारी रखते हैं। हाल ही में, नोआ स्टोसेक, एक पीएचडी छात्र जो Western physicist Giovanni Fanchini, ने विकसित किया ऐसा एक नैनोमैटेरियल. 

द्वि-आयामी ऑक्सेटिक नैनोशीट्स

दोनों वैज्ञानिक इंटरफ़ेस साइंस वेस्टर्न में टंगस्टन सेमी-कार्बाइड (W2C) के 2-D नैनोशीट्स विकसित करने के लिए काम करते थे। ये रासायनिक यौगिक टंगस्टन और कार्बन परमाणुओं के समान भागों को शामिल करते हैं। ऑक्सेटिक सामग्री के गुणों का पालन करते हुए, ये नैनोमैटेरियल एक दिशा में खींचे जाने पर लागू बल के लम्बवत दिशा में विस्तार करते हैं।. 

यह विकास महत्वपूर्ण है क्योंकि यह केवल दूसरा पदार्थ है जो क्लासिकल पदार्थों के विपरीत तरीके से उल्लेखनीय रूप से विस्तार करता है। इससे पहले केवल एक ही रिपोर्टेड पदार्थ था जो इकाई लंबाई पर 10 प्रतिशत तक विस्तार कर सकता था, जो विरोधाभासी था। वर्तमान नैनोमैटेरियल, टंगस्टन सेमी-कार्बाइड नैनोशीट, 40 प्रतिशत तक विस्तार कर सकता है। यह एक नया विश्व रिकॉर्ड है। इस विकास की उपलब्धि को समझाते हुए, स्टोएक ने कहा: 

“2018 में, सिद्धांतकारों ने भविष्यवाणी की थी कि यह व्यवहार उत्कृष्ट स्तर पर प्रदर्शित हो सकता है, लेकिन दुनिया भर के शोध समूहों द्वारा किए गए व्यापक प्रयासों के बावजूद कोई इसे विकसित नहीं कर सका।”

स्टोएक और फैंचीनी ने क्या विकसित किया, इसे अधिक विस्तार से समझाने के लिए, उन्होंने वैज्ञानिक और प्रयोगात्मक रूप से एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए द्वि-क्षेत्रीय रिमोट प्लाज़्मा डिपोज़िशन सिस्टम की रिपोर्ट की, जो टंगस्टन कार्बाइड को थर्मोडायनामिक संतुलन से बाहर, W और C प्रीकर्सर्स के अच्छी तरह से ट्यून किए गए अनुपात के साथ विकसित कर सकता था। शोध ने उन विशिष्ट परिस्थितियों को उजागर किया जिनमें इस सिस्टम ने कुछ-परत टंगस्टन सेमी-कार्बाइड (FL-W2C) के फ्लेक्स के संश्लेषण की अनुमति दी। ये फ्लेक्स द्वि-आयामी थे, क्योंकि वे स्ट्रांस्की–क्रास्टनोव ग्रोथ प्रक्रिया में मेसोस्कोपिक स्तर पर अपनी आवधिकता बनाए रख सकते थे।

रासायनिक तरीकों से प्लाज़्मा भौतिकी की ओर एक नया परिवर्तन

विकासकर्ता जोड़ी ने अपने प्रक्रिया के बहुत शुरुआती चरण में यह पहचाना कि रासायनिक तरीकों से नया टंगस्टन सेमी-कार्बाइड नैनोमैटेरियल बनाना असंभव था। परिणामस्वरूप, उन्होंने एकल परमाणुओं की परतें बनाने के उद्देश्य से प्लाज़्मा भौतिकी की ओर रुख किया। 

प्लाज़्मा विधियों का उपयोग करके नैनोमैटेरियल के विकास को आगे बढ़ाने के लिए, विकासकर्ता जोड़ी ने पारंपरिक मार्ग से हटकर विशेष भट्ठियों का उपयोग किया जहाँ गैसों को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता था ताकि रासायनिक प्रतिक्रिया हो और पदार्थ बन सके। उन्होंने एक नया अनुकूलित उपकरण प्रणाली डिज़ाइन की जो प्लाज़्मा उत्पन्न करती है, जिसमें विद्युत रूप से आवेशित कण होते हैं। 

नव विकसित नैनोमैटेरियल के अनुप्रयोग

इन नैनोशीट्स के सबसे उपयोगी संभावित अनुप्रयोगों में से एक एक मूल रूप से नया प्रकार का स्ट्रेन गेज हो सकता है। ये गेज विस्तार को बहुत प्रभावी तरीके से माप सकते हैं और हवाई जहाज़ों के पंखों से लेकर घर की प्लंबिंग तक सब कुछ में खिंचाव को माप सकते हैं।

चूंकि ये सामग्री अधिक विद्युत चालक हैं, वे सेंसर या उपकरणों में परिवेश में बदलाव और परिवर्तन का पता लगाने के लिए उपयोग की जा सकती हैं। न केवल वे इन पदार्थों का पता लगा सकते हैं, बल्कि उनकी ‘सेंसर’ क्षमताओं के कारण वे अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स को भी जानकारी भेज सकती हैं। 

संभावित अनुप्रयोगों में से एक को विस्तार से बताते हुए, स्टोएक ने कहा: 

“कल्पना करें कि यदि आप यह जानना चाहते हैं कि आपके घर की पाइप में विकृति आ रही है और वह किसी बिंदु पर फटने का जोखिम रखती है। आप इस द्वि-आयामी नैनोमैटेरियल से बना एक सेंसर पाइप पर चिपका सकते हैं और फिर कंप्यूटर का उपयोग करके उसके माध्यम से बहने वाली धारा की निगरानी कर सकते हैं। यदि धारा बढ़ती है, तो इसका मतलब है कि पाइप विस्तार कर रही है और फटने का जोखिम है।”

भविष्य में, सामग्री की ऑक्सेटिक विशेषताओं पर अधिक विकास निश्चित रूप से नई समाधान लाएगा। वर्तमान में, मिशिगन साइंटिफिक कॉरपोरेशन और ओमेगा जैसी कंपनियां स्ट्रेन गेज निर्माण और विकास में गहराई से लगी हुई हैं। ये कंपनियां इस विकास और उत्पन्न नैनोमैटेरियल का उपयोग करके अपने उत्पाद/समाधान पोर्टफोलियो को आगे बढ़ा सकती हैं।

#1. Omega

ओमेगा, एक DwyerOmega ब्रांड, नैनोमैटेरियल का उपयोग करके अपने मजबूत और विविध स्ट्रेन गेज उत्पाद लाइन को और बढ़ा सकता है। इसके डायाफ्राम स्ट्रेन गेज विभिन्न अनुप्रयोगों में स्ट्रेन और तनाव को माप सकते हैं, जिसमें दबाव, बल, विस्थापन, और धातुओं, प्लास्टिक और कंपोजिट्स में स्ट्रेन शामिल हैं। द्वि-समांतर स्ट्रेन गेज उत्पाद लाइन विभिन्न अनुप्रयोगों में बेंडिंग तनाव को विश्वसनीय रूप से मापने में मदद करती है। 

ओमेगा के पास टॉर्शन और शियर स्ट्रेन गेज, रैखिक स्ट्रेन गेज, टी-रोज़ेट स्ट्रेन गेज, और रोज़ेट स्ट्रेन गेज भी हैं। आसान संरेखण के लिए सख्त सहनशीलता के साथ, ओमेगा के गेज विश्वसनीय प्रदर्शन और दीर्घकालिक स्थिरता प्रदान करते हैं। इसके फुल ब्रिज और हाफ ब्रिज स्ट्रेन गेज व्यापक तापमान रेंज के साथ संगतता में उत्कृष्ट रैखिकता दिखाते हैं।

इसके टी-रोज़ेट स्ट्रेन गेज घटकों पर तापमान, लोड और कंपन के प्रभाव को माप सकते हैं। वे ज्ञात प्रमुख दिशाओं के साथ द्वि-अक्षीय तनाव को मापने में विशेष रूप से उपयोगी हैं।

कंपनी पूरी तरह से सक्षम है कि या तो ऑक्सेटिक गेज पर आधारित नई उत्पाद लाइन विकसित करे या अपने मौजूदा उत्पाद लाइन को ऑक्सेटिक गुणों के साथ विस्तारित करे। 

DwyerOmega, Dwyer Instruments, Inc. के बाद एक ब्रांड के रूप में उभरा। अधिग्रहण करने के लिए सहमत हुआ OMEGA Engineering, Inc. को Spectris plc (LSE:SXS) से लगभग $530 मिलियन में 19 अप्रैल 2022 को अधिग्रहित करने के लिए सहमत हुआ। Dwyer ने लगभग 20.4 गुना Omega के 2021 समायोजित EBITDA पर US$525 मिलियन का भुगतान किया। 2021 वित्तीय वर्ष के लिए, Omega ने £129 मिलियन ($168 मिलियन) की बिक्री और £19.7 मिलियन ($25.7 मिलियन) का समायोजित EBITDA उत्पन्न किया।

#2. Michigan Scientific Corporation

Michigan Scientific Corporation, एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी जो चार्लवॉइक्स, मिशिगन, संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित है, विभिन्न इंजीनियरिंग सेवाओं, उत्पादों और समाधान प्रदान करने के लिए जानी जाती है।

कंपनी कस्टम स्ट्रेन गेज ट्रांसड्यूसर डिजाइन और निर्माण में विशेषज्ञ है, जिसका उपयोग विभिन्न मामलों में किया जा सकता है, जिसमें वाहन सस्पेंशन बल, पावरट्रेन टॉर्क, स्टीयरिंग घटक बल, इंजन और मोटर लोड, और फील्ड में वाहनों के ब्रेकिंग टॉर्क को मापना शामिल है।

Michigan के समाधान में शाफ्ट टॉर्क ट्रांसड्यूसर, क्रैंकशाफ्ट ट्रांसड्यूसर, शियर पिन ट्रांसड्यूसर, और आधे-शाफ्ट स्ट्रेन गेजिंग, ड्राइवशाफ्ट स्ट्रेन गेजिंग, अक्षीय बल गेजिंग आदि के लिए उत्पाद शामिल हैं।

इन समाधानों के इंस्ट्रूमेंटेशन अनुप्रयोगों में सर्किट बोर्ड इंस्ट्रूमेंटेशन शामिल है जो तनाव की निगरानी करता है, थर्मल चेम्बर दरवाज़े के पैनल जो निर्माण के दौरान विकृति की निगरानी करते हैं, और पूरी तरह से इंस्ट्रूमेंटेड औद्योगिक आकार के ड्राइव शाफ्ट। ये समाधान उन परियोजनाओं से प्राप्त डेटा को भी एकत्रित और विश्लेषण करते हैं।

हम पहले ही देख चुके हैं कि नव विकसित स्ट्रेन गेज की ‘सेंसर’ क्षमताएं उनके मूल्य में वृद्धि करती हैं। यह Morgan Scientific Corporation के लिए भी एक मूल्यवृद्धि होगी, जो ग्राहक स्थानों पर स्ट्रेन गेज स्थापित करके ग्राहक के घटकों को इंस्ट्रूमेंट करने और विभिन्न परीक्षण और विकास गतिविधियों का समर्थन करने के लिए डेटा रिकॉर्ड करने के व्यवसाय में है।

ऑक्सेटिक में अन्य महत्वपूर्ण हालिया प्रगति

सिविल निर्माण में ऑक्सेटिक

इंटरनेशनल जर्नल ऑफ प्रोटेक्टिव स्ट्रक्चर्स में प्रकाशित रिपोर्टों के अनुसार, ऑक्सेटिक सामग्री सिविल इंजीनियरिंग से संबंधित क्षेत्रों में बढ़ती उपयोगिता पा रही हैं। वे विभिन्न रूपों में सीमेंटयुक्त सामग्री के साथ संयोजित की जा सकती हैं, जिसमें फोम-मोर्टार कंपोजिट, फैब्रिक-मोर्टार कंपोजिट, और फाइबर-रिइन्फोर्स्ड सीमेंट कंपोजिट शामिल हैं। 

उदाहरण के लिए, ऑक्सेटिक फोम लेयरें संपीड़न के तहत नाजुक ईंट दीवारों को पुनर्स्थापित करने में उपयोगी साबित होती हैं। वे सीमेंटयुक्त कंपोजिट में पोस्ट-यील्ड स्ट्रेन हार्डनिंग प्रभाव को काफी बढ़ा देती हैं।

ऑक्सेटिक फैब्रिक उच्च शियर कठोरता और उल्लेखनीय फ्रैक्चर टफनेस प्रदान करते हैं। परिणामस्वरूप, ये कंपोजिट ऑक्सेटिक फोम मोर्टार (AFM) की कम संपीड़न शक्ति, जो एक छिद्रयुक्त संरचना और कम घनत्व रखता है, द्वारा उत्पन्न चुनौतियों को पार करने में उपयोगी हैं।

ऑक्सेटिक फाइबर-रिइन्फोर्स्ड सीमेंट कंपोजिट कई पारंपरिक सीमेंटयुक्त सामग्री की कमियों को हल करता है, जिसमें खराब डक्टिलिटी, अपर्याप्त तन्य शक्ति, और कम फ्रैक्चर टफनेस शामिल हैं।

फाइबर में ऑक्सेटिक

ऑक्सेटिक फाइबर का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है, जिसमें कंपोजिट सामग्री, व्यक्तिगत सुरक्षा कपड़े, अपहोल्स्ट्री, रस्सियां, कॉर्ड, फिशनेट और बहुत कुछ शामिल है। ऑक्सेटिक फाइबर इन अनुप्रयोग क्षेत्रों को प्रदान करने वाले गुणों में फाइबर पुल-आउट प्रतिरोध, फाइबर फ्रैक्चर टफनेस, ऊर्जा अवशोषण, घनत्व और इंडेंटेशन प्रतिरोध, इम्पैक्ट प्रतिरोध आदि शामिल हैं।

बायोमेडिकल में ऑक्सेटिक 

ऑक्सेटिक प्रॉस्थेटिक्स, सर्जिकल इम्प्लांट, स्यूचर/मसल/लिगामेंट एंकर, और यहां तक कि डाइलेटर जो हृदय सर्जरी के दौरान रक्त वाहिकाओं को खोलने में मदद करते हैं, जैसे बायोमेडिकल उपखंडों में महत्वपूर्ण योगदान दे सकते हैं।

पाइज़ोइलेक्ट्रिक की गुणवत्ता बढ़ाने में ऑक्सेटिक

इलेक्ट्रोड ऑक्सेटिक धातुओं से बनाए जा सकते हैं। ये इलेक्ट्रोड एक पाइज़ोइलेक्ट्रिक पॉलिमर को सैंडविच करके या पाइज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक रॉड को ऑक्सेटिक पॉलिमर मैट्रिक्स में एम्बेड करके काम कर सकते हैं। इनके पास पाइज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाने की क्षमता है और वे डिवाइस संवेदनशीलता को कम से कम दो गुना और अधिकतम सौ गुना तक बढ़ा सकते हैं।

फ़िल्टर में ऑक्सेटिक का उपयोग

ऑक्सेटिक फोम और हनीकॉम्ब फ़िल्टर का उपयोग करके जमे हुए फ़िल्टरों की सफ़ाई संभव है। विशेष रूप से, ऑक्सेटिक सम्मिलन फ़िल्टर पोर्स को प्रभावी आकार और आकार में समायोजित करने में मदद करते हैं। वे जमे हुए फ़िल्टर में दबाव निर्माण के प्रभावों की भी भरपाई करते हैं। एक ऑक्सेटिक फ़िल्टर दोनों दिशाओं—तन्य लोड की दिशा के साथ और लम्बवत—में पोर्स को खोल सकता है।

ऑन-डिमांड ऑक्सेटिक सामग्री का डिजाइन

जैसा कि ऊपर के खंड दर्शाते हैं, उन्नत ऑक्सेटिक का उपयोग तेजी से विस्तार कर रहा है और दैनिक रूप से नए अनुप्रयोग क्षेत्रों में फैल रहा है। इस मांग को संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले ही ऑन-डिमांड ऑक्सेटिक सामग्री के डिजाइन पर मूल्यवान अध्ययन किए हैं।

In 2022, a research titled ‘ऑक्सेटिक सामग्री को ऑन-डिमांड डिजाइन करने के लिए तीन-चरणीय रेसिपी‘ प्रकाशित हुई, जहाँ शोधकर्ताओं ने द्वि-आयामी परिपूर्ण ऑक्सेटिक को वर्णित करने के लिए एकीकृत ढांचा स्थापित किया, जिसका संभावित उपयोग नई सामग्री के डिजाइन में है।

शोध ने घूर्णनशील कठोर इकाइयों और एंटीफ़ेरोमैग्नेटिक स्पिन सिस्टम के बीच प्राकृतिक संबंध पर भारी निर्भर किया। शोधकर्ताओं ने उन परिस्थितियों को भी विस्तृत किया जो एक गैर-त्रिवियल फ्लॉपी मोड के उद्भव को सुविधाजनक बनाती हैं, जिससे ऑक्सेटिक व्यवहार उत्पन्न होता है।

शोध ने नई ऑक्सेटिक के लिए तीन डिज़ाइनों की ओर संकेत किया: एक विदेशी क्रिस्टल, एक पेनरोज़ क्वासिक्रिस्टल, और एक दीर्घकालिक वांछित आयसोत्रॉपिक ऑक्सेटिक। शोध ने दावा किया कि इन डिज़ाइनों की ऑक्सेटिकता छोटे संरचनात्मक व्यवधानों के तहत भी मजबूत रह सकती है, जिसे प्रयोगों और संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा सत्यापित किया गया। 

शोध सिद्धांत ने प्रत्येक डिज़ाइन को एक न्यूनतम मॉडल द्वारा प्रस्तुत किया। ये मॉडल बहुभुज और स्प्रिंग्स पर आधारित थे जो बाहरी लोड्स के प्रति इन मॉडलों की आवश्यक सामूहिक प्रतिक्रिया को पकड़ सकते थे। 

शोधकर्ता आशावादी थे कि इन मॉडलों को सीधे सिमुलेट किया जा सकता है ताकि सामग्री के गुणों का परीक्षण किया जा सके, जबकि बेंडिंग बलों को नजरअंदाज किया जा सके। शोध परिणामों की एक और महत्वपूर्ण उपलब्धि यह थी कि यह ऑक्सेटिक डोमेन वॉल्स और प्राकृतिक बनावटों के व्यवहार को सामान्यीकृत करने में सक्षम था, जो इन प्रणालियों में उनके चुंबकीय प्रणालियों के समानता के कारण होते हैं।

अंत में, शोध में शामिल लोगों ने इसे क्रांतिकारी कहा क्योंकि यह पहले कभी नहीं देखे गए आयसोत्रॉपिक परिपूर्ण ऑक्सेटिक बनाने के मूल नियम स्थापित कर सकता है। उन्होंने यह भी आशा व्यक्त की कि यह शोध 3D पॉलीहेड्रल सामग्री के उत्पादन में उपयोगी हो सकता है।

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उन्नत ऑक्सेटिक के लिए आगे का मार्ग

अब यह निर्विवाद सिद्ध हो चुका है कि ऑक्सेटिक संरचनाएँ एकल डिज़ाइन के चरण से आगे बढ़कर कस्टम समाधान में परिवर्तित हो गई हैं जो विभिन्न कार्यों की सेवा कर सकते हैं। इसके विकास ने विभिन्न मूलभूत 2D पैटर्न, हाइब्रिड संरचनाएँ, और नवाचारी प्रदर्शन-उन्मुख आयामी उन्नयन देखे हैं। विकास ने उन सामग्रियों की सूची में भी विस्तार देखा है जिनमें ऑक्सेटिक विशेषताएँ एम्बेडेड हो सकती हैं। अब संगत सामग्रियों में पॉलिमर, सिरेमिक, धातु, बायोमैटेरियल, सीमेंट, टेक्सटाइल और सीमेंटयुक्त यौगिक शामिल हैं।

विविधीकृत संरचनात्मक मॉडल और सामान्यीकृत निर्माण मॉडल – दोनों में सुधार देखा गया है, जिससे उच्च कठोरता वाली सामग्रियों में ऑक्सेटिक व्यवहार प्राप्त हुआ है। शोधकर्ता और तकनीकी विशेषज्ञ भी ऑक्सेटिक सामग्रियों की तनाव-पुनर्वितरण गुणों की जांच कर रहे हैं। 

हालांकि, ऑक्सेटिक को अधिक उन्नत बनाने के लिए कुछ चुनौतियों को पार करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, उच्च-वेग प्रभाव के तहत प्रदर्शन और विकृति व विफलता के तंत्र को अधिक जांच की आवश्यकता है। इम्पैक्ट रेजिस्टेंस कार्यान्वयन पर अधिक काम आवश्यक है। इन पहलुओं पर पर्याप्त ध्यान देने से ऑक्सेटिक को एक वैज्ञानिक और तकनीकी विशेषता बना सकता है जिसका दैनिक जीवन में अत्यधिक मूल्य है।

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