অণু-আকারের রোবট: ন্যানো প্রযুক্তি আমাদের কীসের জন্য প্রস্তুত করছে?

2024 লেখক: Seth Attwood | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-16 15:59

ভবিষ্যতে ন্যানো টেকনোলজির ক্ষেত্রে আধুনিক উন্নয়ন রোবট তৈরির অনুমতি দেবে এত ছোট যে সেগুলি মানুষের রক্তপ্রবাহে চালু করা যেতে পারে। এই ধরনের একটি রোবটের "অংশ" এক-মাত্রিক এবং ছোট, শক্তিশালী হবে। রাশিয়ান একাডেমি অফ সায়েন্সেসের বায়োঅর্গানিক কেমিস্ট্রি ইনস্টিটিউটের সিনিয়র গবেষক দিমিত্রি কোয়াশনিন, যিনি তাত্ত্বিক পদার্থ বিজ্ঞানে নিযুক্ত আছেন (ন্যানো প্রযুক্তির ক্ষেত্রে কম্পিউটার পরীক্ষা), ন্যানোওয়ার্ল্ডের প্যারাডক্স সম্পর্কে কথা বলেছেন। T&P মূল কথা লিখেছে।

দিমিত্রি কোয়াশনিন

ন্যানো প্রযুক্তি কি

ন্যানো টেকনোলজি ব্যবহার করে, আমরা এমন রোবট তৈরি করতে চাই যেগুলিকে মহাকাশে পাঠানো যেতে পারে বা রক্তনালীতে এম্বেড করা যেতে পারে, যাতে তারা কোষে ওষুধ সরবরাহ করতে পারে, লোহিত রক্তকণিকাকে সঠিক দিকে নিয়ে যেতে সাহায্য করে ইত্যাদি। এই ধরনের রোবটের একটি গিয়ারে ডজন ডজন থাকে অংশ এক বিশদ হল এক পরমাণু। একটি গিয়ার হল দশটি পরমাণু, 10-9 মিটার, অর্থাৎ এক ন্যানোমিটার। একটি সম্পূর্ণ রোবট হল কয়েক ন্যানোমিটার।

10-9 কি? এটা কিভাবে উপস্থাপন? তুলনা করার জন্য, একটি সাধারণ মানুষের চুলের আকার প্রায় 10-5 মিটার। লোহিত রক্তকণিকা, যে রক্তকণিকা আমাদের শরীরে অক্সিজেন সরবরাহ করে, তার আকার প্রায় সাত মাইক্রন, এটিও প্রায় 10-5 মিটার। কোন সময়ে ন্যানো শেষ হয় এবং আমাদের পৃথিবী শুরু হয়? যখন আমরা খালি চোখে কোনো বস্তু দেখতে পাই।

তিন-মাত্রা, দ্বি-মাত্রা, এক-মাত্রা

ত্রি-মাত্রিক, দ্বি-মাত্রা এবং এক-মাত্রা কী এবং কীভাবে তারা ন্যানো প্রযুক্তিতে উপকরণ এবং তাদের বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে? আমরা সবাই জানি যে 3D হল তিনটি মাত্রা। একটি সাধারণ মুভি আছে, এবং 3D তে একটি মুভি আছে, যেখানে সমস্ত ধরণের হাঙ্গর আমাদের দিকে স্ক্রীন থেকে উড়ে যায়। গাণিতিক অর্থে, 3D দেখতে এইরকম: y = f (x, y, z), যেখানে y তিনটি মাত্রার উপর নির্ভর করে - দৈর্ঘ্য, প্রস্থ এবং উচ্চতা। তিন মাত্রায় সকল মারিওর কাছে পরিচিত বেশ লম্বা, চওড়া এবং মোটা।

দ্বি-মাত্রায় স্যুইচ করার সময়, একটি অক্ষ অদৃশ্য হয়ে যাবে: y = f (x, y)। এখানে সবকিছুই অনেক সহজ: মারিও ঠিক ততটা লম্বা এবং চওড়া, কিন্তু মোটা নয়, কারণ কেউ দুই মাত্রায় মোটা বা পাতলা হতে পারে না।

যদি আমরা কমতে থাকি, তবে একটি মাত্রায় সবকিছু বেশ সহজ হয়ে যাবে, শুধুমাত্র একটি অক্ষ অবশিষ্ট থাকবে: y = f (x)। 1D-তে মারিও শুধু দীর্ঘ - আমরা তাকে চিনতে পারি না, কিন্তু এটি এখনও সে।

তিন মাত্রা থেকে - দুই মাত্রায়

আমাদের বিশ্বের সবচেয়ে সাধারণ উপাদান হল কার্বন। এটি দুটি সম্পূর্ণ ভিন্ন পদার্থ তৈরি করতে পারে - হীরা, পৃথিবীর সবচেয়ে টেকসই উপাদান এবং গ্রাফাইট এবং গ্রাফাইট কেবল উচ্চ চাপের মাধ্যমে হীরাতে পরিণত হতে পারে। এমনকি যদি আমাদের বিশ্বে একটি উপাদান বিপরীত বৈশিষ্ট্য সহ আমূল ভিন্ন উপাদান তৈরি করতে পারে, তবে ন্যানোওয়ার্ল্ডে কী হবে?

গ্রাফাইট প্রাথমিকভাবে পেন্সিল সীসা হিসাবে পরিচিত। একটি পেন্সিলের ডগাটির আকার প্রায় এক মিলিমিটার, অর্থাৎ 10-3 মিটার। ন্যানো সীসা দেখতে কেমন? এটি কেবল কার্বন পরমাণুর স্তরগুলির একটি সংগ্রহ যা একটি স্তরযুক্ত কাঠামো তৈরি করে। দেখতে অনেকটা কাগজের স্তুপের মতো।

যখন আমরা একটি পেন্সিল দিয়ে লিখি, কাগজে একটি ট্রেস থেকে যায়। যদি আমরা কাগজের স্তুপ দিয়ে একটি সাদৃশ্য আঁকি, তাহলে মনে হয় যেন আমরা এটি থেকে একটি কাগজ বের করছি। কাগজে রয়ে যাওয়া গ্রাফাইটের পাতলা স্তরটি হল 2D এবং শুধুমাত্র একটি পরমাণু পুরু। একটি বস্তুকে দ্বি-মাত্রিক হিসাবে বিবেচনা করার জন্য, এর বেধ অবশ্যই তার প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্যের চেয়ে অনেক (কমপক্ষে দশ) গুণ কম হতে হবে।

কিন্তু একটা ক্যাচ আছে। 1930-এর দশকে, লেভ ল্যান্ডউ এবং রুডলফ পিয়ারলস প্রমাণ করেছিলেন যে দ্বি-মাত্রিক স্ফটিকগুলি অস্থির এবং তাপীয় ওঠানামার কারণে ভেঙে পড়ে (কণাগুলির বিশৃঙ্খল তাপীয় গতির কারণে তাদের গড় মান থেকে ভৌত পরিমাণের এলোমেলো বিচ্যুতি। - প্রায় T&P)। দেখা যাচ্ছে যে থার্মোডাইনামিক কারণে দ্বি-মাত্রিক সমতল উপাদান থাকতে পারে না। অর্থাৎ, মনে হচ্ছে আমরা 2D তে ন্যানো তৈরি করতে পারব না।যাইহোক, না! কনস্ট্যান্টিন নভোসেলভ এবং আন্দ্রে গেইম গ্রাফিন সংশ্লেষিত করেছিলেন। ন্যানো গ্রাফিন সমতল নয়, তবে সামান্য তরঙ্গায়িত এবং তাই স্থিতিশীল।

যদি আমাদের ত্রিমাত্রিক বিশ্বে আমরা কাগজের স্তুপ থেকে কাগজের একটি শীট বের করি, তবে কাগজটি কাগজেই থাকবে, এর বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন হবে না। যদি ন্যানোওয়ার্ল্ডে গ্রাফাইটের একটি স্তর অপসারণ করা হয়, তাহলে গ্রাফিনের অনন্য বৈশিষ্ট্য থাকবে যা এর "প্রজন্ম" গ্রাফাইটের মতো কিছুই নয়। গ্রাফিন স্বচ্ছ, হালকা ওজনের, ইস্পাতের চেয়ে 100 গুণ বেশি শক্তিশালী, চমৎকার তাপবিদ্যুৎ এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহী। এটি ব্যাপকভাবে গবেষণা করা হচ্ছে এবং ইতিমধ্যে ট্রানজিস্টরের ভিত্তি হয়ে উঠছে।

আজ, যখন সবাই বোঝে যে দ্বি-মাত্রিক পদার্থগুলি নীতিগতভাবে বিদ্যমান থাকতে পারে, তখন তত্ত্বগুলি দেখা যায় যে সিলিকন, বোরন, মলিবডেনাম, টংস্টেন ইত্যাদি থেকে নতুন সত্তা পাওয়া যেতে পারে।

এবং আরও - এক মাত্রায়

2D-এ গ্রাফিনের একটি প্রস্থ এবং একটি দৈর্ঘ্য রয়েছে। কিভাবে এটি থেকে 1D তৈরি করবেন এবং শেষ পর্যন্ত কি হবে? একটি পদ্ধতি হল এটি পাতলা ফিতা মধ্যে কাটা। যদি তাদের প্রস্থটি সর্বাধিক সম্ভব হ্রাস করা হয়, তবে এটি আর কেবল ফিতা হবে না, তবে আরেকটি অনন্য ন্যানো-বস্তু - কার্বাইন। এটি 1960-এর দশকে সোভিয়েত বিজ্ঞানীরা (রসায়নবিদ Yu. P. Kudryavtsev, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin এবং V. V. Korshak - T&P নোট) দ্বারা আবিষ্কৃত হয়েছিল।

একটি এক-মাত্রিক বস্তু তৈরি করার দ্বিতীয় উপায় হল গ্রাফিনকে একটি নল, কার্পেটের মতো রোল করা। এই টিউবের পুরুত্ব এর দৈর্ঘ্যের তুলনায় অনেক কম হবে। যদি কাগজটি ঘূর্ণিত হয় বা স্ট্রিপগুলিতে কাটা হয় তবে এটি কাগজ থেকে যায়। যদি গ্রাফিনকে একটি টিউবে পাকানো হয়, তবে এটি কার্বনের একটি নতুন রূপে রূপান্তরিত হয় - একটি ন্যানোটিউব, যার অনেকগুলি অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

ন্যানোবজেক্টের আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য

বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা হল একটি উপাদান কতটা ভাল বা কতটা খারাপভাবে তড়িৎ প্রবাহ পরিচালনা করে। আমাদের বিশ্বে, এটি প্রতিটি উপাদানের জন্য একটি সংখ্যা দ্বারা বর্ণনা করা হয় এবং এর আকারের উপর নির্ভর করে না। আপনি যদি একটি রূপালী সিলিন্ডার, ঘনক্ষেত্র বা বল তৈরি করেন তবে এটি কোন ব্যাপার না - এর পরিবাহিতা সর্বদা একই হবে।

ন্যানোওয়ার্ল্ডে সবকিছুই আলাদা। ন্যানোটিউবের ব্যাসের পরিবর্তন তাদের পরিবাহিতাকে প্রভাবিত করবে। যদি পার্থক্য n - m (যেখানে n এবং m টিউবের ব্যাস বর্ণনা করে এমন কিছু সূচক) তিনটি দ্বারা ভাগ করা হয়, তাহলে ন্যানোটিউবগুলি কারেন্ট সঞ্চালন করে। যদি এটি বিভক্ত না হয়, তাহলে এটি বাহিত হয় না।

ইয়ং এর মডুলাস হল আরেকটি আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য যা একটি রড বা ডাল বাঁকলে নিজেকে প্রকাশ করে। ইয়াং এর মডুলাস দেখায় যে একটি উপাদান কতটা দৃঢ়ভাবে বিকৃতি এবং চাপ প্রতিরোধ করে। উদাহরণস্বরূপ, অ্যালুমিনিয়ামের জন্য, এই সূচকটি লোহার তুলনায় দুই গুণ কম, অর্থাৎ এটি দ্বিগুণ খারাপ প্রতিরোধ করে। আবার, একটি অ্যালুমিনিয়াম বল একটি অ্যালুমিনিয়াম ঘনকের চেয়ে শক্তিশালী হতে পারে না। আকার এবং আকৃতি কোন ব্যাপার না.

ন্যানোওয়ার্ল্ডে, চিত্রটি আবার ভিন্ন: ন্যানোয়ার যত পাতলা, তার ইয়াং মডুলাস তত বেশি। যদি আমাদের পৃথিবীতে আমরা মেজানাইন থেকে কিছু পেতে চাই, তাহলে আমরা একটি শক্তিশালী চেয়ার বেছে নেব যাতে এটি আমাদের প্রতিরোধ করতে পারে। ন্যানোওয়ার্ল্ডে, যদিও এটি এতটা স্পষ্ট নয়, আমাদের ছোট চেয়ারটিকে পছন্দ করতে হবে কারণ এটি শক্তিশালী।

যদি আমাদের পৃথিবীতে কিছু উপাদানে গর্ত তৈরি করা হয়, তবে এটি শক্তিশালী হওয়া বন্ধ করে দেবে। ন্যানোওয়ার্ল্ডে, বিপরীতটি সত্য। গ্রাফিনে অনেক ছিদ্র করলে তা নন-ডিফেক্টিভ গ্রাফিনের চেয়ে আড়াই গুণ বেশি শক্তিশালী হয়। যখন আমরা কাগজে ছিদ্র করি, তখন এর সারাংশ পরিবর্তন হয় না। এবং যখন আমরা গ্রাফিনে গর্ত করি, তখন আমরা একটি পরমাণু সরিয়ে ফেলি, যার কারণে একটি নতুন স্থানীয় প্রভাব দেখা দেয়। অবশিষ্ট পরমাণুগুলি একটি নতুন কাঠামো তৈরি করে যা এই গ্রাফিনের অক্ষত অঞ্চলগুলির চেয়ে রাসায়নিকভাবে শক্তিশালী।

ন্যানো প্রযুক্তির ব্যবহারিক প্রয়োগ

গ্রাফিনের অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে একটি নির্দিষ্ট এলাকায় কীভাবে সেগুলি প্রয়োগ করা যায় তা এখনও একটি প্রশ্ন। এটি এখন একক-ইলেক্ট্রন ট্রানজিস্টর (ঠিক একটি ইলেকট্রনের সংকেত প্রেরণ) এর প্রোটোটাইপগুলিতে ব্যবহৃত হয়। এটা বিশ্বাস করা হয় যে ভবিষ্যতে, ন্যানোপোরস সহ দ্বি-স্তরের গ্রাফিন (একটি পরমাণুর গর্ত নয়, তবে আরও বেশি) গ্যাস বা তরলগুলির নির্বাচনী পরিশোধনের জন্য একটি আদর্শ উপাদান হয়ে উঠতে পারে। মেকানিক্সে গ্রাফিন ব্যবহার করার জন্য, আমাদের ত্রুটি ছাড়াই উপাদানের বড় অংশের প্রয়োজন, তবে এই জাতীয় উত্পাদন প্রযুক্তিগতভাবে অত্যন্ত কঠিন।

জৈবিক দৃষ্টিকোণ থেকে, গ্রাফিনের সাথেও একটি সমস্যা দেখা দেয়: একবার এটি শরীরের অভ্যন্তরে প্রবেশ করলে এটি সমস্ত কিছুকে বিষাক্ত করে। যদিও ওষুধে, গ্রাফিনকে "খারাপ" ডিএনএ অণুর জন্য সেন্সর হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে (অন্য রাসায়নিক উপাদানের সাথে মিউটেটিং, ইত্যাদি)। এটি করার জন্য, দুটি ইলেক্ট্রোড এটির সাথে সংযুক্ত থাকে এবং ডিএনএ এর ছিদ্রগুলির মধ্য দিয়ে যায় - এটি প্রতিটি অণুর সাথে একটি বিশেষ উপায়ে প্রতিক্রিয়া জানায়।

প্যান, সাইকেল, হেলমেট এবং গ্রাফিন যুক্ত জুতার ইনসোল ইতিমধ্যেই ইউরোপে তৈরি হচ্ছে। একটি ফিনিশ ফার্ম গাড়ির জন্য উপাদান তৈরি করে, বিশেষ করে টেসলা গাড়ির জন্য, যেখানে বোতাম, ড্যাশবোর্ডের অংশ এবং স্ক্রিনগুলি মোটামুটি মোটা ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি। এই পণ্য টেকসই এবং হালকা.

পরীক্ষা-নিরীক্ষার দৃষ্টিকোণ এবং সংখ্যাসূচক মডেলিংয়ের দৃষ্টিকোণ থেকে ন্যানো প্রযুক্তির ক্ষেত্রটি গবেষণার জন্য কঠিন। কম কম্পিউটার পাওয়ার প্রয়োজনীয় সমস্ত মৌলিক সমস্যা ইতিমধ্যে সমাধান করা হয়েছে। আজ, গবেষণার প্রধান সীমাবদ্ধতা হল সুপার কম্পিউটারের অপর্যাপ্ত শক্তি।