अधिक झटका-प्रतिरोधी कांच की दिशा में नई परमाणु-स्तरीय खोज

झटकों के प्रति अधिक प्रतिरोधी कांच सुरक्षा, इलेक्ट्रॉनिक्स और निर्माण में उपयोगी हो सकता है। तोहोकू विश्वविद्यालय के नेतृत्व वाले अध्ययन ने मॉडल आयनिक कांच में परमाणुओं की गति और तनाव के शिथिलीकरण को समझाया। अध्ययन ने ऐसा तैयार कांच नहीं बनाया जो किसी भी टक्कर में कभी न टूटे।

कांच कैसे टूटता है

कांच में दरारों और दोषों पर तनाव केंद्रित हो सकता है। किसी वस्तु की टक्कर से दरारें फैल सकती हैं और कांच टूट सकता है। टूटे टुकड़ों का आकार और खतरा कांच के प्रकार तथा परिस्थितियों पर निर्भर करता है।

तापीय तनाव

कांच के अलग-अलग हिस्सों का असमान गरम या ठंडा होना तापीय तनाव पैदा कर सकता है। पर्याप्त तनाव होने पर दरार या टूटना संभव है। यह पिघलने से अलग प्रक्रिया है। तापमान, सामग्री के गुण, मोटाई और सतह की स्थिति परिणाम को प्रभावित करते हैं।

लचीलापन

इमारत के हिलने, हवा, तापमान या भूकंप के कारण खिड़कियों पर बल पड़ सकते हैं। गलत डिजाइन या स्थापना से कांच पर अत्यधिक तनाव पड़ने और टूटने का खतरा बढ़ सकता है।

आंतरिक निर्माण प्रक्रिया

निर्माण के दौरान दोष, समावेशन या असमान तापीय प्रक्रिया से आंतरिक तनाव और कमजोर स्थान बन सकते हैं। सामग्री तथा प्रसंस्करण का गुणवत्ता नियंत्रण महत्वपूर्ण है। इससे यह निष्कर्ष नहीं निकलता कि सभी नए लैमिनेटेड या टेम्पर्ड कांच पुराने कांच से अधिक कमजोर हैं।

विभिन्न कांच अलग-अलग टूटते हैं

कांच का चयन उस वातावरण और सुरक्षा आवश्यकता के अनुसार किया जाता है जिसमें उसका उपयोग होना है। अलग प्रकारों की मजबूती और टूटने की शैली अलग होती है।

एनील्ड ग्लास

एनील्ड कांच को नियंत्रित ढंग से ठंडा करके आंतरिक तनाव कम किया जाता है। टूटने पर इसके बड़े और धारदार टुकड़े बन सकते हैं। इसका उपयोग वहाँ किया जाता है जहाँ उसकी विशेषताएँ और लागू सुरक्षा नियम उपयुक्त हों।

टेम्पर्ड ग्लास

टेम्पर्ड कांच केवल विशेष रासायनिक मिश्रण नहीं है। तापीय प्रसंस्करण से उसकी सतह पर संपीड़न तनाव बनाया जाता है। टूटने पर वह सामान्यतः छोटे टुकड़ों में बिखरता है, जिससे बड़े धारदार टुकड़ों का जोखिम घटता है, पर चोट की संभावना पूरी तरह समाप्त नहीं होती।

लैमिनेटेड ग्लास

लैमिनेटेड कांच में कांच की परतों के बीच पॉलिमर की परत होती है। कांच टूट सकता है, लेकिन बीच की परत टुकड़ों को थामने में मदद करती है। इसे हर परिस्थिति में न टूटने वाला मानना गलत होगा।

कांच की नई समझ

कांच की मजबूती और टूटने की प्रक्रियाओं पर लंबे समय से शोध हो रहा है। यह अध्ययन विशेष रूप से मॉडल आयनिक कांच में बहुत छोटी परमाणु गतियों को तनाव शिथिलीकरण से जोड़ता है। इसे परमाणु स्तर पर कांच का पहला अध्ययन कहना उचित नहीं है।

अधिक झटका-प्रतिरोधी कांच की दिशा में अध्ययन

शोधपत्र¹ में, जो Acta Materialia में दिसंबर 2024 में ऑनलाइन प्रकाशित हुआ, जोहरी–गोल्डस्टीन शिथिलीकरण की सूक्ष्म प्रक्रिया का अध्ययन किया गया। यह कांच में आंतरिक तनाव कम होने से संबंधित है, केवल पिघलने का सिद्धांत नहीं।

शोधकर्ताओं ने प्रयोग और आणविक गतिकी सिमुलेशन को जोड़ा। कुछ परमाणुओं के छलांग लगाने के अलावा, आसपास के परमाणुओं की धीमी सामूहिक गति भी देखी गई, जो बनी छोटी जगह को भरती है और तनाव घटाने में योगदान देती है।

अध्ययन का मॉडल पदार्थ Ca0.4K0.6(NO3)1.4 था। उसमें परमाणुओं की लगभग 0.1–0.2 नैनोमीटर की गति को नैनोसेकंड से माइक्रोसेकंड के समयमान पर मापा गया। ये सभी व्यावसायिक कांचों के लिए स्वतः समान परिणाम नहीं हैं।

परमाणु गति का मॉडलिंग

आणविक गतिकी सिमुलेशन से शोधकर्ताओं ने सामूहिक गति और परमाणुओं पर लगने वाले बलों का विश्लेषण किया। प्रयोगों से तुलना ने इस मॉडल पदार्थ में तनाव शिथिलीकरण की व्याख्या का समर्थन किया।

परमाणु गति की प्रयोगात्मक जाँच

SPring-8 में सिंक्रोट्रॉन प्रयोगों और समय-क्षेत्र मापन की सहायता से अत्यंत छोटी परमाणु गतियों का अध्ययन किया गया। यह तैयार उत्पाद पर दुर्घटना या गोली लगने का परीक्षण नहीं था।

आणविक गतिकी सिमुलेशन

कंप्यूटर सिमुलेशन ने प्रयोग में देखी गई गति की व्याख्या करने में मदद की। विशेष रूप से छलांग लगाने वाले परमाणुओं के आसपास होने वाली गैर-छलांग सामूहिक गति और उससे तनाव कम होने का संबंध सामने आया।

अध्ययन के परिणाम

अधिकांश परमाणुओं की छोटी सामूहिक गतियाँ तनाव के आंशिक शिथिलीकरण में योगदान देती मिलीं। यह जानकारी अधिक झटका-प्रतिरोधी सामग्री के डिजाइन के लिए दिशा दे सकती है। अध्ययन ने नया अटूट उत्पाद या हर दरार को रोकने की तकनीक प्रदर्शित नहीं की।

संभावित लाभ

अधिक टिकाऊ कांच विकसित होने पर वाहन, इमारतें, उपकरण और इलेक्ट्रॉनिक्स लाभान्वित हो सकते हैं। ये संभावित अनुप्रयोग हैं; इस मूलभूत अध्ययन ने प्रत्येक क्षेत्र में सुरक्षा सुधार सिद्ध नहीं किया।

टूटने की प्रक्रिया को नियंत्रित करने का विचार सुरक्षा के लिए उपयोगी हो सकता है। लेकिन इस अध्ययन ने कांच को मनचाही रेखाओं पर तोड़ने वाली तैयार प्रणाली नहीं बनाई।

निर्माण में नियंत्रित दरार या जोड़ जैसी रणनीतियाँ अलग संदर्भों में इस्तेमाल होती हैं। कांच में समान विचार लागू करने के लिए उसकी सामग्री, भार और उपयोग की स्वतंत्र जाँच आवश्यक होगी।

भविष्य के डिजाइन और सुरक्षा मानक

नई सूक्ष्म समझ बेहतर सामग्री डिजाइन में योगदान दे सकती है। किसी उत्पाद के सुरक्षा मानक परीक्षण और नियामक प्रक्रियाओं से तय होते हैं; इस अध्ययन ने सार्वभौमिक नया मानक स्थापित नहीं किया।

शोधकर्ता

तोहोकू विश्वविद्यालय के Makina Saito के नेतृत्व में हुए शोध में क्योटो विश्वविद्यालय, शिमाने विश्वविद्यालय, National Institute for Materials Science और Japan Synchrotron Radiation Research Institute के विशेषज्ञ शामिल थे। अगला लक्ष्य अन्य कांचों में भी इस प्रक्रिया की भूमिका जाँचना है।

अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक स्क्रीन और अन्य नाजुक पुर्जों में अधिक झटका-प्रतिरोधी कांच उपयोगी हो सकता है। मोबाइल फोन गिरने पर स्क्रीन का व्यवहार सामग्री, डिजाइन और टक्कर की परिस्थितियों पर निर्भर करता है।

निर्माण

निर्माण में अधिक टिकाऊ कांच उपयोगी हो सकता है, लेकिन तेज हवा, उड़ते मलबे और तापीय तनाव के लिए अलग परीक्षण जरूरी हैं। इस अध्ययन से कोई नई खिड़की स्वतः तूफान-प्रतिरोधी प्रमाणित नहीं होती।

सैन्य

सुरक्षा कवच में भी बेहतर सामग्री का उपयोग संभव है। गोली-प्रतिरोधी पारदर्शी प्रणालियाँ कई परतों और विशिष्ट परीक्षणों पर निर्भर करती हैं। इस अध्ययन ने सभी गोला-बारूद रोकने वाला कांच विकसित नहीं किया।

इस शोध से संभावित लाभ पाने वाली कंपनियाँ

अधिक टिकाऊ कांच की मांग वाहन, इलेक्ट्रॉनिक्स और निर्माण जैसे क्षेत्रों में हो सकती है। नीचे संबंधित कंपनी का उदाहरण है; अध्ययन में उसके द्वारा तकनीक अपनाने की पुष्टि नहीं की गई।

Corning Inc.

Corning Inc. (GLW ) सुरक्षात्मक कांच, डिस्प्ले सामग्री, उन्नत ऑप्टिक्स और ऑप्टिकल संचार तकनीकों की निर्माता है। Gorilla Glass उसका प्रसिद्ध ब्रांड है।

कंपनी की व्यापक उत्पाद श्रृंखला उसे कई कांच-संबंधी बाजारों में उपस्थिति देती है।

Corning ने ऑप्टिकल संचार क्षेत्र में भागीदारों और ग्राहकों का नेटवर्क विकसित किया है। उसने AT&T (T ) के साथ बहुवर्षीय खरीद संबंध बढ़ाने की घोषणा भी की थी। इससे इस अध्ययन में भागीदारी या भविष्य की आय की गारंटी सिद्ध नहीं होती।

Corning लंबे समय से औद्योगिक अनुसंधान और उन्नत ऑप्टिक्स में काम करती है। उसकी प्रतिस्पर्धी स्थिति का मूल्यांकन उत्पादों, ग्राहकों, लागत और बाजार की परिस्थितियों से करना चाहिए।

कंपनी ने SpiderCloud और ऑप्टिकल संचार से जुड़े व्यवसायों जैसे अधिग्रहण किए हैं। किसी अधिग्रहण या तकनीकी पहचान के आधार पर GLW को हर निवेशक के लिए उचित निवेश नहीं माना जा सकता।

भविष्य

यह मूलभूत शोध बेहतर सामग्री की दिशा में योगदान दे सकता है। विमानन, भवन और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उपयोगों के लिए आगे विकास और परीक्षण चाहिए। पारदर्शी पनडुब्बी या सूर्य की गर्मी सहने वाला अंतरिक्षयान इस अध्ययन का प्रदर्शित परिणाम नहीं है।

अधिक झटका-प्रतिरोधी कांच की ओर

परमाणु स्तर पर तनाव कम होने की समझ, कांच के डिजाइन को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है। यह टूटने की सभी वजहें समाप्त नहीं करती, लेकिन आगे की सामग्री-विज्ञान खोजों के लिए आधार देती है।

आज ही सामग्री विज्ञान में अन्य प्रगति के बारे में जानें।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Saito, M., Araki, T., Onodera, Y., Ohara, K., Seto, M., Yoda, Y., & Wakabayashi, Y. (2025; ऑनलाइन प्रकाशन 2024). मॉडल आयनिक कांच में तनाव शिथिलीकरण की जोहरी–गोल्डस्टीन प्रक्रिया से जुड़ी सामूहिक गैर-छलांग गतियों की खोज. Acta Materialia, 284, 120536. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120536}