लेज़र नक़्क़ाशी के माध्यम से डेटा संग्रहीत करना

पहली बार 1960 में विकसित लेजर की लोकप्रियता पिछले कुछ वर्षों में बढ़ रही है। वैश्विक लेजर प्रौद्योगिकी बाजार अनुमानित है बढ़ने के लिए $ 35.4 bln 2032 तक। यह वृद्धि संचालित है संचार, रक्षा, विज्ञान, सुरक्षा, डेटा भंडारण और अन्य सहित विभिन्न क्षेत्रों में लेज़रों की बढ़ती मांग के कारण।

लेज़र, जो ऐसे उपकरण हैं जो ऑप्टिकल प्रवर्धन के माध्यम से प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, व्यापक रूप से नक़्क़ाशी के लिए उपयोग किए जाते हैं। लेजर नक़्क़ाशी किसी उत्पाद की सतह पर क्यूआर कोड, बारकोड, लोगो और सीरियल नंबर जैसे निशान बनाने की एक प्रक्रिया है। इन चिह्नों में किसी विशेष उत्पाद के पूरे जीवन चक्र के दौरान उसके स्रोत को ट्रैक करने, उसकी सुरक्षा और स्थायित्व सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी होती है। इसके अतिरिक्त, यह प्रक्रिया प्रयोग किया जाता है उत्पादों के लिए कलाकृति बनाना।

लेज़र नक़्क़ाशी लेज़र मार्किंग की एक बड़ी श्रेणी के अंतर्गत आती है, जिसमें लेज़र एनीलिंग भी शामिल है - एक प्रक्रिया जो सामग्री को गर्म करती है - और लेज़र उत्कीर्णन, जिसमें सामग्री को वाष्पीकृत करना शामिल है। अत्यधिक बहुमुखी होने के कारण, लेजर अधिकांश धातुओं को खोद सकता है।

यह कैसे काम करता है?

निशान बनाने के लिए, लेज़र किरण एक संकेंद्रित क्षेत्र में उच्च मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करती है, जिससे पदार्थ की सतह पिघल जाती है। जैसे-जैसे सतह फैलती और ठंडी होती है, यह वांछित निशान बनाती है। अन्य प्रक्रियाओं के विपरीत, जो केवल सतह के रंग या बनावट को बदलती हैं, लेज़र एचिंग वास्तव में सतह को बदल देती है, जिससे एक उभरी हुई या धँसा खुरदरी बनावट वाला क्षेत्र।

इस प्रकार, लेजर की मदद से किसी सामग्री की सतह को बदलकर, विभिन्न स्थायी डिज़ाइन और पैटर्न बनाए जाते हैं।

नक़्क़ाशी के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न प्रकार के लेजर में फाइबर, CO2, क्रिस्टल, डायोड लेजर और डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट लेजर शामिल हैं।

किसी सामग्री पर निशान बनाने की यह विधि गति और व्यापक अनुकूलन जैसे लाभ प्रदान करती है। यह एक गैर-संपर्क विधि भी है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं का कारण नहीं बनती है या यांत्रिक तनाव पैदा नहीं करती है और बेहतर गुणवत्ता वाले निशान पैदा करती है। लेजर नक़्क़ाशी पाउडर कोटिंग जैसे गैर-अपघर्षक उपचारों का भी सामना कर सकती है।

इसके अलावा, लेजर नक़्क़ाशी कर सकते हैं इस्तेमाल किया गया लकड़ी, चमड़ा, प्लास्टिक, कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, प्राकृतिक पत्थर और अर्धचालक जैसी विभिन्न प्रकार की सामग्रियों पर। यह एल्यूमीनियम, एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम, सीसा, मैग्नीशियम, स्टील, जस्ता, तांबा, पीतल और टाइटेनियम सहित लगभग सभी धातुओं पर भी प्रभावी है। मूल रूप से, लगभग किसी भी प्रकार की सामग्री को लेजर से उकेरा जा सकता है। 

हालाँकि, लेजर नक़्क़ाशी अपने मुद्दों से रहित नहीं है, जैसे मशीनों के लिए उच्च अग्रिम लागत। इसके अतिरिक्त, घर्षण वाले वातावरण में, जैसे कि सैंडब्लास्टिंग के संपर्क में आने पर, निशान घिस सकते हैं। 

इन चुनौतियों के बावजूद, लेजर नक़्क़ाशी के लाभ इसकी कमियों से कहीं अधिक हैं, जिससे इसे अधिकांश अंकन अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित किया जाता है। लेजर नक़्क़ाशी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रॉनिक्स, पैकिंग और रक्षा धातु निर्माण, आभूषण, कला और चिकित्सा उपकरणों सहित अपनी बहुमुखी प्रतिभा, दक्षता और सटीकता के लिए कई उद्योगों में।

लेजर नक़्क़ाशी का एक और दिलचस्प अनुप्रयोग डेटा भंडारण है। एक दशक से अधिक समय पहले, हिताची के बारे में बात की गई थी जानकारी का संरक्षण क्वार्ट्ज़ ग्लास के स्लैब में लेज़र-एन्कोडिंग करके करोड़ों वर्षों तक डेटा को सुरक्षित रखा जा सकता था। हालाँकि, यह तकनीक विशाल मात्रा में डेटा के प्रबंधन की समस्या का समाधान नहीं कर पाई। 

कुछ साल पहले, साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च सेंटर के प्रोफेसर पीटर कज़ानस्की ने कहा था। संग्रहित लेजर नक़्क़ाशी के माध्यम से एक छोटी ग्लास डिस्क पर 500 टेराबाइट डेटा।

कम-शक्ति वाले लेजर के साथ पॉलीसल्फाइड सतहों का संशोधन

लेजर नक़्क़ाशी के व्यापक लाभों को देखते हुए, शोधकर्ता और वैज्ञानिक हमेशा प्रौद्योगिकी को बेहतर बनाने और नए अनुप्रयोग खोजने के तरीकों की तलाश में रहते हैं। हाल ही में फ्लिंडर्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक सस्ता, प्रकाश-प्रतिक्रियाशील सल्फर-व्युत्पन्न पॉलिमर खोजा गया कम-शक्ति, दृश्य-प्रकाश लेजर के प्रति ग्रहणशील है। 

आमतौर पर, पॉलिमर की सतहों को बदलने के लिए, जिसमें बहुत बड़े अणु होते हैं, हमें ऐसे लेज़रों की आवश्यकता होती है जो बहुत अधिक शक्ति उत्सर्जित करते हैं। उच्च शक्ति वाले लेजर, उच्च तकनीक वाले इलेक्ट्रॉनिक्स, बायोमेडिकल उत्पादों और डेटा भंडारण का उपयोग करना घटकों का उत्पादन किया जा सकता है. हालाँकि, नवीनतम खोज के साथ, हम अधिक किफायती और सुरक्षित उत्पादन विधियाँ देख सकते हैं। 

शोध सहयोगी और सह-लेखक डॉ. लिन लिस्बोआ के अनुसार:

"इस खोज का प्रभाव जैव चिकित्सा उपकरणों, इलेक्ट्रॉनिक्स, सूचना भंडारण, माइक्रोफ्लुइडिक्स और कई अन्य कार्यात्मक सामग्री अनुप्रयोगों में संभावित उपयोग के साथ प्रयोगशाला से कहीं आगे तक फैला हुआ है।" 

एंजवेन्टे केमी अंतर्राष्ट्रीय संस्करण में प्रकाशित अध्ययन विभिन्न क्षेत्रों में प्रगति के समर्थन में लेजर प्रकाश के साथ पॉलिमर सतहों को संशोधित करने के महत्व को ध्यान में रखते हुए, यह बताते हुए कि ऐसे परिवर्तनों के लिए आमतौर पर महंगे, उच्च-शक्ति वाले लेजर की आवश्यकता होती है, जिसके लिए खतरनाक स्तर के विकिरण के जोखिम को कम करने के लिए विशेष उपकरणों और सुविधाओं की आवश्यकता होती है। . फिर, स्वयं पॉलिमर प्रणालियाँ हैं जो जटिल और विकसित करने में महंगी होती हैं ताकि लेज़र उन्हें आसानी से बदल सकें। 

जैसे, ऐसे पॉलिमर जो आसानी से सुलभ हों और विकिरण के निम्न स्तर के संपर्क में आने पर प्रतिक्रिया करते हों, की आवश्यकता होती है, क्योंकि इसका मतलब सरल, सुरक्षित और अधिक किफायती लेजर सिस्टम होगा।

लेज़रों का उपयोग करके सस्ते और तेजी से परिवर्तनशील सल्फर कॉपोलिमर की खोज जो कम-शक्ति दृश्य और अदृश्य अवरक्त प्रकाश प्रदान करती है, इन जरूरतों को पूरा करती है। सल्फर कॉपोलिमर बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने मौलिक सल्फर (एस) और या तो साइक्लोपेंटैडीन या डाइसाइक्लोपेंटैडीन का उपयोग किया। 

फिर, 532, 638 और 786 नैनोमीटर तरंगदैर्ध्य वाले कम-शक्ति तरंग लेज़रों के एक समूह का उपयोग करके, टीम पॉलिमर की सतहों को संशोधित करने में सक्षम हुई। इन संशोधनों में पृथक्करण या नियंत्रित सूजन के माध्यम से नक्काशी शामिल है। 

इसके बाद, अध्ययन में लेज़र और सरल संश्लेषण के माध्यम से बहुलक प्रणालियों के संशोधन का उपयोग दो अनुप्रयोगों में किया गया—मिटाने योग्य सूचना भंडारण और प्रत्यक्ष लेज़र लिथोग्राफी। इन बहुलकों में उच्च सल्फर सामग्री विभिन्न प्रकार के रासायनिक, भौतिक और प्रकाशीय गुणों को संचारित करती है, जिससे ऊर्जा भंडारण, तापीय इमेजिंग प्रकाशिकी और धातु बंधन में विविध अनुप्रयोग संभव होते हैं।

फिर, एस−एस बांड हैं जो कर सकते हैं टूट जाना और सुधारा गया, जिससे पुनर्स्थापन और उपयोग संभव हुआ। सल्फर कोपोलिमर में S−S बॉन्ड की ज़िम्मेदारी ही इस अध्ययन की खोजों का कारण बनी। विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि कोपोलीमर की सतह स्पष्ट रूप से परिवर्तित हो गई थी 1 एनएम, 690 मेगावाट डायोड लेजर के 1.10 सेकंड से भी कम समय के एक्सपोज़र के बाद। अध्ययन में कहा गया है:

"लेजर की कम शक्ति और संक्षिप्त एक्सपोज़र समय को देखते हुए, यह तेजी से पॉलिमर संशोधन एक आश्चर्य था।" 

लेजर संशोधन मिटाने योग्य सूचना भंडारण को सक्षम बनाता है

रसायन विज्ञान पत्रिका जहां अध्ययन प्रकाशित किया गया था, उसमें माइक्रो-ब्रेल की छपाई के साथ-साथ प्रसिद्ध मोना लिसा नक़्क़ाशी का एक लेजर-नक़्क़ाशीदार संस्करण भी दिखाया गया था, जो एक पिन के गोल सिर से भी छोटा था।

ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद, फ्लिंडर्स माइक्रोस्कोपी और माइक्रोएनालिसिस, एएनएफ-एसए और माइक्रोस्कोपी ऑस्ट्रेलिया द्वारा वित्त पोषित, अध्ययन एक ऐसी खोज पर प्रकाश डालता है जो अधिक टिकाऊ सामग्रियों के उपयोग का मार्ग प्रशस्त कर सकता है। विशेष रूप से, अध्ययन में कम लागत वाले औद्योगिक उपोत्पाद मौलिक सल्फर से बने पॉलिमर का उपयोग किया गया। इसके अलावा, यह विधि महंगे, विशेष उपकरणों की आवश्यकता को कम कर सकती है। हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उच्च-शक्ति वाले लेजर खतरनाक विकिरण का जोखिम उठाते हैं।

खोज बनाया गया था पीएचडी उम्मीदवार सैमुअल टोनकिन और फ्लिंडर्स यूनिवर्सिटी इंस्टीट्यूट फॉर नैनोस्केल साइंस एंड इंजीनियरिंग के रसायन विज्ञान के प्रोफेसर जस्टिन चालके द्वारा चाल्कर लैब में दो साल पहले आविष्कार किए गए एक पॉलिमर के नियमित विश्लेषण के दौरान।

उपन्यास पॉलिमर मिला था जब लेज़र प्रकाश ने इसकी सतह को छुआ तो इसे ठीक से संशोधित किया जाना था। इसअध्ययन के सह-लेखक और फ्लिंडर्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ता डॉ. क्रिस्टोफर गिब्सन ने कहा, यह एक "असामान्य प्रतिक्रिया" थी, जो अभी तक ठीक नहीं हुई है। मनाया गया किसी अन्य सामान्य पॉलिमर से पहले। उसने कहा:

"हमें तुरंत एहसास हुआ कि यह घटना कई अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकती है, इसलिए हमने खोज के आसपास एक शोध परियोजना बनाई।" 

इसे एक रोमांचक विकास बताते हुए, फ्लिंडर्स कॉलेज ऑफ साइंस एंड इंजीनियरिंग के पीएचडी उम्मीदवार अबीगैल मान ने कहा कि सल्फर-आधारित सामग्रियों के लिए माइक्रोमीटर और छोटे पैमाने की संरचनाओं को बनाने के लिए उपन्यास तकनीकों का उपयोग करके, वे "वास्तविकता की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रेरित करने की उम्मीद करते हैं।" हमारी प्रयोगशाला और उसके बाहर विश्व अनुप्रयोग।"

यह खोज पॉलिमर सतह पर सटीक पैटर्न उत्पन्न करने का एक नया तरीका प्रदान करती है। इस तरह की क्षमता का पैटर्न वाली सतहों वाले बायोमेडिकल उपकरणों, डेटा भंडारण में पॉलिमर का उपयोग करने के नए तरीकों और माइक्रोफ्लुइडिक्स, सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नैनोस्केल उपकरणों के निर्माण के वैकल्पिक तरीकों में संभावित अनुप्रयोग हैं।

मिटाने योग्य सूचना भंडारण की अपनी क्षमता के व्यावहारिक प्रदर्शन में, अध्ययन ने ब्रेल में एक संदेश को एन्कोड करने की क्षमता का प्रदर्शन किया। इस हासिल की थी सामग्री पर उभरे हुए बिंदु बनाने के लिए लेज़र का उपयोग करके, गतिशील एस-एस बांड और विट्रीमर जैसे गुणों का लाभ उठाते हुए - प्लास्टिक की एक श्रेणी जो संदेश को लिखने और मिटाने दोनों की सुविधा प्रदान करती है। 

ब्रेल में "गुप्त संदेश" की वर्तनी बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने कम लेजर पावर सेटिंग (638 एनएम, 2.4 मेगावाट) के साथ एक लेजर का उपयोग किया। उभरे हुए बिंदु, जिनकी ऊंचाई 3.6 μm±0.2 μm थी, केवल 1.3 सेकंड के लिए पॉलिमर की सतह को लेजर के संपर्क में लाकर बनाए गए थे।

फिर, टीम ने एब्लेशन और सामग्री हटाने के माध्यम से कोनों में गड्ढे बनाने के लिए एक उच्च शक्ति सेटिंग (638 एनएम, 5.4 मेगावाट) का उपयोग किया। फिर, यहां लेजर एक्सपोज़र भी 1.3 सेकंड था। 

अध्ययन में पाया गया कि 160 डिग्री सेल्सियस पर 5 घंटे के लिए ओवन में रखने पर थर्मल उपचार ने उभरे हुए बिंदुओं को मिटा दिया। इस बीच, एब्लेशन द्वारा बने गड्ढे, पॉलिमर के स्थायी रूप से सल्फर खोने के कारण बरकरार रहे। 

अध्ययन के अनुसार, हटाने योग्य सूचना एन्कोडिंग की प्रक्रिया, "फोटोरेस्पॉन्सिव सामग्रियों में एक नई दिशा का गठन करती है, जिसमें सामग्री संश्लेषण की सादगी और कम-शक्ति लेजर के उपयोग में लाभ होता है।"

अध्ययन ने आगे प्रत्यक्ष लेजर लिथोग्राफी का उपयोग करके एक जटिल, सूक्ष्म छवि की पीढ़ी का प्रदर्शन किया। 532% पावर (7 मेगावाट) पर संचालित 1.3 एनएम लेजर का उपयोग करते हुए, फ्लिंडर्स अनुसंधान टीम ने "माइक्रो लिसा" की बेहतर लाइनें तैयार कीं। सूक्ष्म छवि लगभग नौ माइक्रोमीटर चौड़ी और दो माइक्रोमीटर गहरी थी। माइक्रोन या माइक्रोमीटर, जिसे µm के रूप में दर्शाया जाता है, एक मीटर के दस लाखवें हिस्से के बराबर होता है। 

उच्च शक्ति वाले लेजर (3.0 mW) का उपयोग करके, टीम ने 23 μm चौड़े और पांच μm गहरे वर्गाकार फ्रेम की व्यापक और गहरी लाइनें तैयार कीं। टीम के अनुसार, यह प्रत्यक्ष लेजर लिथोग्राफी, पॉलिमर सब्सट्रेट्स की कम लागत और लेजर प्रणाली की सादगी के मामले में विशिष्ट है।

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निष्कर्ष

जैसा कि हमने इस अध्ययन में देखा, कम-शक्ति दृश्यमान और अवरक्त लेजर प्रकाश का उपयोग करके, शोधकर्ता कॉपोलिमर को संशोधित करने में सक्षम थे। संशोधन तेजी से हुए हैं, एक्सपोज़र का समय बेहद कम है - मिलीसेकंड से लेकर एक सेकंड का हजारवां हिस्सा, एक सेकंड तक। यह टाइमस्केल विभिन्न उद्योगों में महत्वपूर्ण लाभ का हो सकता है, विशेष रूप से उन उद्योगों में जिनके लिए संपूर्ण प्रोटोटाइप और विनिर्माण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है सामाप्त करो तेजी से।

किरण की तरंग दैर्ध्य, व्यास और शक्ति को नियंत्रित करके, शोधकर्ता बहुलक सतह पर उभरे हुए बिंदु, छेद, गड्ढे, चैनल और स्पाइक्स बनाने में सक्षम थे। इस बहुमुखी प्रतिभा का मतलब है कि जटिल पैटर्न भी बनाए जा सकते हैं, जो कार्यक्षमता में सुधार कर सकते हैं और विशिष्ट अनुप्रयोगों को पूरा कर सकते हैं। 

पर यही नहीं है। केवल नमूने को गर्म करके, शोधकर्ता पॉलिमर सूजन संशोधनों को मिटाने में सक्षम थे। ये क्षमताएं महत्वपूर्ण हैं, जैसा कि टीम ने जटिल छवियों की प्रत्यक्ष लेजर लिथोग्राफी और मिटाने योग्य सूचना एन्कोडिंग के साथ प्रदर्शित किया है।

इस अध्ययन ने न केवल एक सरल विधि के साथ-साथ कम लागत वाली सामग्री और लेजर सिस्टम प्रदान किए हैं जो अधिक सुलभ और लागत प्रभावी समाधान प्रदान करने में मदद कर सकते हैं बल्कि एन्क्रिप्शन, डेटा भंडारण और कई अन्य क्षेत्रों में भी विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं जहां अस्थायी संशोधन होते हैं आवश्यकता है।

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