लेज़र एचिंग के माध्यम से डेटा संग्रहण

पहले 1960 में विकसित किए गए, लेज़र पिछले कुछ वर्षों में लोकप्रियता में बढ़ते जा रहे हैं। वैश्विक लेज़र प्रौद्योगिकी बाजार 2032 तक $35.4 bln तक बढ़ने की संभावना है। यह वृद्धि संचार, रक्षा, विज्ञान, सुरक्षा, डेटा संग्रहण और अन्य विभिन्न क्षेत्रों में लेज़र की बढ़ती मांग द्वारा संचालित है।

लेज़र, जो प्रकाश को ऑप्टिकल प्रवर्धन के माध्यम से उत्सर्जित करने वाले उपकरण हैं, एचिंग के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। लेज़र एचिंग एक प्रक्रिया है जो उत्पाद की सतह पर चिह्न बनाती है, जैसे QR कोड, बारकोड, लोगो और सीरियल नंबर। ये चिह्न किसी विशेष उत्पाद के स्रोत को उसके पूरे जीवन चक्र में ट्रैक करने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी रखते हैं, जिससे उसकी सुरक्षा और टिकाऊपन सुनिश्चित होती है। अतिरिक्त रूप से, इस प्रक्रिया का उपयोग उत्पादों के लिए कलाकृति बनाने में भी किया जाता है।

लेज़र एचिंग लेज़र मार्किंग की बड़ी श्रेणी में आती है, जिसमें लेज़र एनीलिंग—एक प्रक्रिया जो सामग्री को गर्म करती है—और लेज़र एंग्रेविंग, जो सामग्री को वाष्पीकृत करती है, शामिल हैं। अत्यधिक बहुमुखी होने के कारण, लेज़र अधिकांश धातुओं को एच कर सकता है।

तो, यह कैसे काम करता है?

एक चिह्न बनाने के लिए, लेज़र बीम एक केंद्रित क्षेत्र में बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करता है, जिससे सामग्री की सतह पिघल जाती है। जैसे ही सतह विस्तार करती है और ठंडी होती है, वह इच्छित चिह्न बनाती है। अन्य प्रक्रियाओं के विपरीत जो केवल सतह का रंग या बनावट बदलती हैं, लेज़र एचिंग वास्तव में सतह को बदलती है, जिससे उभरी या धँसी हुई क्षेत्र बनती है जिसकी बनावट अधिक खुरदरी होती है।

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

एचिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न प्रकार के लेज़र में फाइबर, CO2, क्रिस्टल, डायोड लेज़र, और डायोड‑पम्प्ड सॉलिड‑स्टेट लेज़र शामिल हैं।

सामग्री पर चिह्न बनाने की यह विधि गति और व्यापक अनुकूलन जैसे लाभ प्रदान करती है। यह एक गैर‑संपर्क विधि भी है जो रासायनिक प्रतिक्रियाएँ नहीं उत्पन्न करती या यांत्रिक तनाव नहीं बनाती और उच्च गुणवत्ता वाले चिह्न बनाती है। लेज़र एचिंग पाउडर कोटिंग जैसे गैर‑घर्षण उपचारों को भी सहन कर सकती है।

इसके अलावा, लेज़र एचिंग को लकड़ी, चमड़ा, प्लास्टिक, कांच, सिरेमिक, प्राकृतिक पत्थर और अर्धचालकों सहित विभिन्न सामग्रियों पर उपयोग किया जा सकता है। यह लगभग सभी धातुओं पर भी प्रभावी है, जिसमें एल्युमिनियम, एनोडाइज़्ड एल्युमिनियम, सीसा, मैग्नीशियम, स्टील, जिंक, तांबा, पीतल और टाइटेनियम शामिल हैं। मूलतः, लगभग किसी भी प्रकार की सामग्री को लेज़र एचिंग किया जा सकता है।

हालांकि, लेज़र एचिंग बिना समस्याओं के नहीं है, जैसे मशीनों की उच्च प्रारंभिक लागत। अतिरिक्त रूप से, चिह्न घर्षण वाले वातावरण में, जैसे रेत ब्लास्टिंग के संपर्क में, घिस सकते हैं।

इन चुनौतियों के बावजूद, लेज़र एचिंग के लाभ उसके नुकसानों से कहीं अधिक हैं, जिससे यह अधिकांश मार्किंग अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित है। लेज़र एचिंग अपनी बहुमुखीता, दक्षता और सटीकता के कारण कई उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, जिसमें ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रॉनिक्स, पैकेजिंग, रक्षा धातु निर्माण, आभूषण, कला और चिकित्सा उपकरण शामिल हैं।

लेज़र एचिंग का एक और रोचक अनुप्रयोग डेटा संग्रहण है। एक दशक से अधिक समय पहले, हिटाची ने क्वार्ट्ज कांच की स्लैब में लेज़र‑एन्कोडिंग करके जानकारी को सैकड़ों मिलियन वर्षों तक संरक्षित करने की बात की थी। हालांकि, इस तकनीक ने विशाल डेटा को प्रबंधित करने की समस्या का समाधान नहीं किया।

कुछ साल पहले, पीटर कज़ान्स्की, जो साउथहैंप्टन विश्वविद्यालय के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च सेंटर के प्रोफेसर हैं, ने लेज़र एचिंग के माध्यम से एक छोटे कांच के डिस्क पर संग्रहीत किया 500 टेराबाइट डेटा।

कम‑शक्ति वाले लेज़रों के साथ पॉलीसल्फाइड सतहों का संशोधन

लेज़र एचिंग के विशाल लाभों को देखते हुए, शोधकर्ता और वैज्ञानिक हमेशा तकनीक को सुधारने और नए अनुप्रयोग खोजने के तरीकों की तलाश में रहते हैं। हाल ही में, फ्लिंडर्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि एक किफायती, प्रकाश‑संवेदनशील सल्फर‑व्युत्पन्न पॉलिमर कम‑शक्ति, दृश्यमान‑प्रकाश लेज़रों के प्रति संवेदनशील है।

आमतौर पर, पॉलिमरों की सतहों को बदलने के लिए, जिनमें बहुत बड़े अणु होते हैं, हमें बहुत उच्च शक्ति वाले लेज़र की आवश्यकता होती है। उच्च‑शक्ति वाले लेज़र का उपयोग करके, उच्च‑तकनीकी इलेक्ट्रॉनिक्स, बायोमेडिकल उत्पाद, और डेटा संग्रहण घटकों का उत्पादन किया जा सकता है। हालांकि, नवीनतम खोज के साथ, हम अधिक किफायती और सुरक्षित उत्पादन विधियों को देख सकते हैं।

अनुसंधान सहयोगी और सह‑लेखक डॉ. लिंन लिस्बा:

“इस खोज का प्रभाव प्रयोगशाला से बहुत आगे तक विस्तारित है, जिसमें बायोमेडिकल उपकरणों, इलेक्ट्रॉनिक्स, सूचना संग्रहण, माइक्रोफ्लूडिक्स और कई अन्य कार्यात्मक सामग्री अनुप्रयोगों में संभावित उपयोग शामिल है।”

Angewandte Chemie International Edition में प्रकाशित इस अध्ययन में विभिन्न क्षेत्रों में प्रगति का समर्थन करने के लिए लेज़र प्रकाश से पॉलिमर सतहों को संशोधित करने के महत्व को नोट किया गया है, साथ ही यह बताया गया है कि ऐसे परिवर्तन आमतौर पर महंगे, उच्च‑शक्ति वाले लेज़र की आवश्यकता रखते हैं, जिनके लिए खतरनाक स्तर के विकिरण के संपर्क को कम करने हेतु विशेष उपकरण और सुविधाएँ आवश्यक होती हैं। इसके अलावा, पॉलिमर प्रणालियाँ स्वयं जटिल और विकसित करने में महंगी होती हैं ताकि लेज़र उन्हें आसानी से बदल सके।

इसलिए, ऐसे पॉलिमर जिनकी उपलब्धता आसान हो और जो कम स्तर के विकिरण के संपर्क में आने पर प्रतिक्रिया दें, आवश्यक हैं, क्योंकि इससे सरल, सुरक्षित और अधिक किफायती लेज़र सिस्टम संभव हो सकेंगे।

कम‑शक्ति वाले दृश्यमान और अदृश्य इन्फ्रारेड प्रकाश प्रदान करने वाले लेज़र का उपयोग करके किफायती और तेज़ी से बदलने योग्य सल्फर कोपॉलिमर की खोज इन आवश्यकताओं को पूरा करती है। सल्फर कोपॉलिमर बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने मूलभूत सल्फर (S) और साइक्लोपेंटाडीन या डाइसाइक्लोपेंटाडीन का उपयोग किया।

फिर, 532, 638 और 786 nm तरंगदैर्ध्य वाले कम‑शक्ति वाले वेव लेज़र के सेट का उपयोग करके, टीम ने पॉलिमरों की सतहों को संशोधित किया। इन संशोधनों में एब्लेशन द्वारा एचिंग या नियंत्रित सूजन शामिल हैं।

अध्ययन ने फिर दो अनुप्रयोगों—मिटाने योग्य सूचना संग्रहण और प्रत्यक्ष लेज़र लिथोग्राफी—में लेज़र और आसान संश्लेषण के माध्यम से पॉलिमर प्रणालियों के संशोधन का उपयोग किया। इन पॉलिमरों की उच्च सल्फर सामग्री विभिन्न रासायनिक, भौतिक और ऑप्टिकल गुणों को प्रसारित करती है, जिससे ऊर्जा संग्रहण, थर्मल इमेजिंग ऑप्टिक्स और धातु बाइंडिंग में विविध अनुप्रयोग संभव होते हैं।

फिर, S−S बंधन होते हैं जिन्हें तोड़ा और पुनः बनाया जा सकता है, जिससे पुनर्स्थापन और उपयोग संभव होता है। सल्फर कोपॉलिमरों में S−S बंधनों की विशेषता ने इस अध्ययन की खोजों को प्रेरित किया। विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि कोपॉलिमर की सतह 690 nm, 1.10 mW डायोड लेज़र के कम से कम 1 सेकंड से कम एक्सपोज़र के बाद स्पष्ट रूप से बदल गई थी। अध्ययन ने कहा:

“लेज़र की कम शक्ति और संक्षिप्त एक्सपोज़र समय को देखते हुए, यह तेज़ पॉलिमर संशोधन आश्चर्यजनक था।”

लेज़र संशोधन मिटाने योग्य सूचना संग्रहण को सक्षम बनाते हैं

जिस रसायन विज्ञान जर्नल में यह अध्ययन प्रकाशित हुआ, उसने प्रसिद्ध मोना लिसा एचिंग का लेज़र‑एच किया संस्करण और एक माइक्रो‑ब्रेल प्रिंटिंग भी दिखायी, जो पिन के गोल सिर से भी छोटी थी।

ऑस्ट्रेलियाई रिसर्च काउंसिल, फ्लिंडर्स माइक्रोस्कोपी और माइक्रोएनालिसिस, ANFF‑SA, और माइक्रोस्कोपी ऑस्ट्रेलिया द्वारा वित्तपोषित इस अध्ययन ने एक ऐसी खोज को उजागर किया है जो अधिक स्थायी सामग्री के उपयोग का मार्ग प्रशस्त कर सकती है। विशेष रूप से, अध्ययन ने कम लागत वाले औद्योगिक उपउत्पाद मूल सल्फर से बना पॉलिमर उपयोग किया। इसके अलावा, यह विधि महंगे, विशेष उपकरणों की आवश्यकता को कम कर सकती है। हालांकि, यह ध्यान देना महत्वपूर्ण है कि उच्च‑शक्ति वाले लेज़र खतरनाक विकिरण के जोखिम के साथ आते हैं।

यह खोज दो साल पहले चॉर्कर लैब में एक पॉलिमर के नियमित विश्लेषण के दौरान की गई, जिसे पीएचडी उम्मीदवार सैमुअल टॉन्किन और फ्लिंडर्स विश्वविद्यालय के नैनोस्केल विज्ञान और अभियांत्रिकी संस्थान के रसायन विज्ञान प्रोफेसर जस्टिन चाल्के ने विकसित किया था।

नए पॉलिमर को देखा गया कि जब लेज़र प्रकाश उसकी सतह को छूता है तो वह तुरंत संशोधित हो जाता है। यह, अध्ययन के सह‑लेखक और फ्लिंडर्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ता डॉ. क्रिस्टोफ़र गिब्सन ने कहा, एक “असामान्य प्रतिक्रिया” थी जो पहले किसी अन्य सामान्य पॉलिमर पर नहीं देखी गई थी। उन्होंने कहा:

“हमने तुरंत समझा कि यह घटना कई अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकती है, इसलिए हमने इस खोज के आसपास एक शोध परियोजना बनाई।”

इस रोमांचक विकास को लेकर, एबिगेल मान, फ्लिंडर्स कॉलेज ऑफ़ साइंस एंड इंजीनियरिंग की पीएचडी उम्मीदवार, ने कहा कि सल्फर‑आधारित सामग्री के लिए माइक्रोमीटर और उससे छोटे पैमाने की संरचनाओं को बनाने के लिए नई तकनीकों का उपयोग करके, वे “अपने प्रयोगशाला और उससे आगे वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रेरित करने की आशा रखते हैं।”

यह खोज पॉलिमर सतह पर सटीक पैटर्न बनाने का एक नया तरीका प्रदान करती है। ऐसी क्षमता के संभावित अनुप्रयोग बायोमेडिकल उपकरणों में पैटर्न वाली सतहों, डेटा संग्रहण में पॉलिमरों के उपयोग के नए तरीकों, और माइक्रोफ्लूडिक्स, सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नैनोस्केल उपकरणों के निर्माण में वैकल्पिक दृष्टिकोणों में हैं।

मिटाने योग्य सूचना संग्रहण की संभावनाओं के व्यावहारिक प्रदर्शन में, अध्ययन ने ब्रेल में संदेश एन्कोड करने की क्षमता को दिखाया। यह लेज़र का उपयोग करके सामग्री पर उभरे बिंदु बनाने से हासिल किया गया, जो गतिशील S−S बंधनों और विट्रिमर जैसी गुणधर्मों का उपयोग करता है—एक प्रकार का प्लास्टिक जो संदेश को लिखने और मिटाने दोनों को सक्षम बनाता है।

“सीक्रेट मेसेज” को ब्रेल में लिखने के लिए, शोधकर्ताओं ने कम लेज़र शक्ति सेटिंग (638 nm, 2.4 mW) वाला लेज़र उपयोग किया। उभरे बिंदु, जिनकी ऊँचाई 3.6 μm ± 0.2 μm थी, केवल 1.3 सेकंड के लिए पॉलिमर की सतह को लेज़र के संपर्क में लाकर बनाये गये।

फिर, टीम ने उच्च शक्ति सेटिंग (638 nm, 5.4 mW) का उपयोग करके कोनों में एब्लेशन और सामग्री हटाने के माध्यम से गड्ढे बनाए। यहाँ भी लेज़र एक्सपोज़र 1.3 सेकंड था।

अध्ययन ने पाया कि थर्मल उपचार ने उठे हुए बिंदुओं को 160 °C पर 5 घंटे तक ओवन में रखकर मिटा दिया। एब्लेशन द्वारा बने गड्ढे, दूसरी ओर, पॉलिमर द्वारा स्थायी रूप से सल्फर खोने के कारण अपरिवर्तित रहे।

अध्ययन के अनुसार, हटाने योग्य सूचना एन्कोडिंग प्रक्रिया “फ़ोटोरेस्पॉन्सिव सामग्री में एक नई दिशा का प्रतिनिधित्व करती है, जिसमें सामग्री संश्लेषण की सरलता और कम‑शक्ति वाले लेज़र के उपयोग के लाभ शामिल हैं।”

अध्ययन ने प्रत्यक्ष लेज़र लिथोग्राफी का उपयोग करके एक जटिल, माइक्रोस्केल छवि के निर्माण को भी प्रदर्शित किया। 532 nm लेज़र को 7 % शक्ति (1.3 mW) पर चलाते हुए, फ्लिंडर्स अनुसंधान टीम ने “माइक्रो लिसा” की बारीक रेखाएँ उत्पन्न कीं। माइक्रोइमेज लगभग नौ μm चौड़ी और दो μm गहरी थी। माइक्रॉन या माइक्रोमीटर, जिसे µm से दर्शाया जाता है, मीटर के एक मिलियनवें भाग के बराबर होते हैं।

उच्च शक्ति वाले लेज़र (3.0 mW) का उपयोग करके, टीम ने 23 μm चौड़ी और पाँच μm गहरी वर्ग फ्रेम की विस्तृत और गहरी रेखाएँ उत्पन्न कीं। टीम के अनुसार, यह प्रत्यक्ष लेज़र लिथोग्राफी पॉलिमर सब्सट्रेट की कम लागत और लेज़र सिस्टम की सरलता के कारण विशिष्ट है।

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निष्कर्ष

जैसा कि हमने इस अध्ययन में देखा, कम‑शक्ति वाले दृश्यमान और इन्फ्रारेड लेज़र प्रकाश का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने कोपॉलिमरों को संशोधित किया। ये संशोधन तेज़ रहे, जहाँ एक्सपोज़र समय अत्यंत छोटा था — मिलीसेकंड, एक सेकंड का हज़ारवां भाग, से लेकर एक सेकंड तक। यह समय सीमा विभिन्न उद्योगों में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सकती है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ संपूर्ण प्रोटोटाइपिंग और निर्माण प्रक्रियाओं को तेज़ी से पूरा करना आवश्यक है।

बीम की तरंगदैर्ध्य, व्यास और शक्ति को नियंत्रित करके, शोधकर्ताओं ने पॉलिमर सतह पर उभरे बिंदु, छेद, गड्ढे, चैनल और स्पाइक बना पाए। यह बहुमुखीता यह दर्शाती है कि जटिल पैटर्न भी बनाए जा सकते हैं, जो कार्यक्षमताओं को सुधार सकते हैं और विशिष्ट अनुप्रयोगों को पूरा कर सकते हैं।

लेकिन यह सब नहीं है। केवल नमूने को गर्म करके, शोधकर्ता पॉलिमर सूजन संशोधनों को भी मिटा सके। ये क्षमताएँ महत्वपूर्ण हैं, जैसा कि टीम ने जटिल छवियों की प्रत्यक्ष लेज़र लिथोग्राफी और मिटाने योग्य सूचना एन्कोडिंग के साथ प्रदर्शित किया।

यह अध्ययन न केवल एक सरल विधि और कम लागत वाली सामग्री व लेज़र सिस्टम प्रदान करता है जो अधिक सुलभ और किफायती समाधान प्रदान कर सकते हैं, बल्कि यह एन्क्रिप्शन, डेटा संग्रहण और कई अन्य क्षेत्रों में भी विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है जहाँ अस्थायी संशोधनों की आवश्यकता होती है।

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