कमळ परिणाम (Lotus Effect) ही एक महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक संकल्पना असून ती जलविकर्षण (Hydrophobicity – water repellency) व स्व-स्वच्छता (Self-cleaning) या गुणधर्मांवर आधारित आहे. एखाद्या पदार्थावर पाणी पडल्यास ते त्यात न मुरता ते त्याच्या पृष्ठभागावरून थेंबाच्या स्वरूपात खाली ओघळते, या गुणधर्माला जलविकर्षण असे म्हणतात. पदार्थाच्या पृष्ठभागावरून पाण्याचे थेंब ओघळत असताना धुळीचे कण इत्यादी त्यांकडे आकर्षित होऊन चिकटल्याने अशा पदार्थांचा पृष्ठभाग स्वच्छ होतो. हा परिणाम कमळ वनस्पतीमध्ये अगदी ठळकपणे दिसून येतो. विशेषत: प्रदूषित पाण्यात, चिखलात वास्तव्य असूनही कमळ आजूबाजूला असलेल्या असंख्य जीवाणूंच्या प्रभावापासून सुरक्षित असते. कमळ वनस्पतीमध्ये दिसणाऱ्या या परिणामाला ‘कमळ प्रभाव’ असे म्हणतात. कमळामध्ये आढळणारा हा लक्ष्यवेधी स्व-स्वच्छता गुणधर्म वनस्पतींच्या इतर प्रजातींमध्ये तसेच काही पक्षी, कीटक यांमध्ये देखील आढळतो.
कमळाच्या पानांची रचना : कमळाची पाने आकाराने मोठी, वर्तुळाकार व छत्राकृती असून ६०–९० सेंमी. व्यासाची असतात. पानांवरील शिरा पानाच्या मध्यापासून किरणांप्रमाणे पसरलेल्या असतात. कमळाच्या पानाचा पृष्ठभाग अतिजलविकर्षण (Superhydrophobicity) तसेच स्व-स्वच्छता गुणधर्म दर्शवितो. कमळाच्या पानाच्या या विशिष्ट स्वरूपाचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी शास्त्रज्ञांनी त्यातील रासायनिक घटक तसेच त्याचा स्थलरूप (Topography) यांचा अभ्यास केला. त्यानुसार त्यांना आढळले की, कमळाच्या पानांचे पृष्ठभाग दोन स्तराचे आहे – एक सूक्ष्मरचना स्तर (मायक्रॉन), ज्यामध्ये पृष्ठभागावर असंख्य उंचवटे दिसतात आणि दुसरा अब्जांशरचना स्तर, ज्यामध्ये पान लहान-लहान केसांसारख्या रचनांनी तयार झाल्याचे आढळते. दोन्ही रचना या मेणाच्या लेपणाने तयार झालेल्या असतात, त्यामुळे कमळाच्या पानांचा पृष्ठभाग पाण्यापासून ओला होत नाही.
कमळाच्या पानांचे अधिक सखोल परिक्षण केल्यावर असे आढळले की, कमळाच्या पानांच्या पृष्ठभागावर अधित्वचा पेशींपासून (Epidermal cell) एकसारख्या आकारांचे, विविध उंचींचे उंचवटे तयार झालेले असतात. या उंचवट्यांचा व्यास हा त्याच्या अधित्वचा पेशीपेक्षा लहान असतो. प्रत्येक उंचवटांचे शीर्ष हे गोलाकार नसून पठारासारखे थोडे पसरट असते. या उंचवट्यांचा संपूर्ण भाग मेणासारख्या सूक्ष्मनलिकांनी आच्छादलेला असतो. पृष्ठभागावरील उंचवटे आणि मेणाच्या स्फटिकांनी बनलेली श्रेणीबद्ध पृष्ठभाग रचना इतर प्रजातींच्या तुलनेत कमळाच्या पानात उत्कृष्ठपणे असते. उंचवट्यांच्या विशेष आकारामुळे संपर्क क्षेत्र कमी होते आणि त्यामुळे मेणाच्या स्फटिकांचे संरक्षण होते. यामुळे कमळाच्या पानांना अतिजलविकर्षण आणि स्व-स्वच्छता या गुणधर्मांमुळे प्रभावी संरक्षण मिळते.
जलविकर्षण हा पदार्थाचा रासायनिक गुणधर्म आहे, तर अतिजलविकर्षण हा पदार्थाचा भौतिक गुणधर्म आहे. दोन्ही गुणधर्मांमधील फरक हा पदार्थाचा पृष्ठभाग व पाण्याचे थेंब यातील संपर्क कोन (Contact angle) या दोन गोष्टींवर अवलंबून असतो. जर संपर्क कोन ९०° ते १५०° च्या दरम्यान असेल तर पदार्थाच्या पृष्ठभागाला जलविकर्षण गुणधर्म प्राप्त होतो. अशा परिस्थितीत पानावर पाण्याचे छोटे छोटे थेंब स्थिरावतात. परंतु, संपर्क कोन जर १५०° पेक्षा जास्त असेल तर, त्यास अतिजलविकर्षणाची वैशिष्ट्ये प्राप्त होऊन पृष्ठभागावर तयार झालेले थेंब पानावरून ओघळून जाऊन पृष्ठभाग पूर्णत: कोरडा राहतो.
आर. एच्. डेट्रे (R. H. Dettre) आणि आर. एच्. जॉन्सन (R. H. Johnson) या वैज्ञानिकांनी कमळ किंवा इतर पदार्थांच्या पृष्ठभागाच्या अतिजलविकर्षण परिणामाची कारणमीमांसा शोधण्याचा १९६४ मध्ये यशस्वी प्रयत्न केला. त्यांच्या मते हा गुणधर्म त्यांना कमळाच्या पानाचा वैशिष्ट्यपूर्ण आकार व रचना यांमुळे प्राप्त झाला आहे. १९७७ मध्ये व्हिल्हेल्म बार्थलॉट (Wilhelm Barthlott) आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी कमळाच्या पानाच्या पृष्ठभागाच्या स्व-स्वच्छतेच्या गुणधर्माचा अभ्यास केला. त्यांनी सर्वप्रथम स्व-स्वच्छता आणि अतिजलविकर्षण या गुणधर्माला ‘कमळ परिणाम’ (Lotus effect) म्हणून संबोधले. कमळ परिणामाचे कोडे उलगडल्यावर त्याचे व्यापारी महत्त्व लक्षात आले. जीवशास्त्रज्ञ नाईनहुईस (Neinhuis) आणि बार्थलॉट या दोन शास्त्रज्ञांनी कमळ परिणाम या संकल्पनेचे एकस्व मिळविले.
कमळ परिणामाचे उपयोजन : अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने ‘कमळ-प्रभाव’ या गुणधर्माचा अभ्यासपूर्ण व कौशल्याने वापर केला जातो. त्यानुसार विविध क्षेत्रात कमळ परिणामाचा वापर मोठ्याप्रमाणावर होत आहे. इमारतीच्या छपरावरील कौले किंवा पत्रे, फर्निचर, रंगकाम, वाहनांचे मुख्य भाग तसेच सुटे भाग यांच्या निर्मिती प्रक्रियेमध्ये कमळ परिणाम विचारात घेतलेला असतो. पदार्थांमध्ये पाणी झिरपल्याने होणारे नुकसान टाळण्यासाठी हे महत्त्वाचे ठरते. त्यामुळे वस्तूंमध्ये वापरलेल्या धातूंची झीज कमी प्रमाणात होऊन वस्तू टिकाऊ होतात. जोरदार पावसाने वाहन चालकाच्या समोरील काचेवरून (काचेतील अब्जांश कणांमुळे) पाणी सतत नितळत राहिल्याने त्यास समोरचे स्पष्टपणे दिसावयास मदत होते आणि काचा स्वच्छ राहतात. नैसर्गिक आपत्तीमुळे विद्युत किंवा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे होणारे नुकसान टाळण्यासाठी विद्युत-रोधक आणि जलनिरोधक अशी रंगलेपन वापरतात. अती थंड वातावरणात रस्त्यावरून जाणारी विविध वाहने, जलप्रवासासाठी वापरल्या जाणाऱ्या बोटी, जहाजे इत्यादी तसेच विमानांच्या पृष्ठभागांवर होणारे पाण्याचे संक्षेपण (Water condensation) आणि त्यावर बर्फ तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी कमळ परिणाम विचारात घेतला जातो. पाऊस, प्रतिकूल हवामान यांपासून संरक्षण देणारे तसेच चिखल, धूळ यांना चिटकू न देणारे कपडे देखील तयार केले जातात.
लाकूड, प्लास्टिक, काच, धातू, परिधान करावयाची वस्त्रे इ. गोष्टींच्या पृष्ठभागावर निर्मिती प्रक्रियेच्या वेळी अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने कमळ परिणाम या गुणधर्माचा वापर केला जातो. रंगलेपनामध्ये (पेंट्स) टिटॅनियम डायऑक्साइड (TiO2) आणि सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) यांच्या अब्जांश कणांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो. तथापि, चांदी (Ag), झिंक ऑक्साइड (ZnO2), अॅल्युमिनियम ऑक्साइड (Al2O3), सिरियम डायऑक्साइड(CeO2), कॉपर ऑक्साइड (Cu2O) आणि मॅग्नेशियम ऑक्साइडच्या (MgO) यांवर रंगलेपनासाठी लागणारी संभाव्य द्रव्ये म्हणून सध्या संशोधन सुरू आहे.
थोडक्यात, विविध क्षेत्रांमध्ये कमळ परिणाम या संकल्पनेवर आधारित वापरले जाणारे अब्जांश तंत्रज्ञान महत्त्वपूर्ण ठरत आहे.
संदर्भ :
- https://www.downtoearth.org.in/coverage/the-lotus-effect-18917
- https://nanografi.com/blog/lotus-effect-in-nanotechnology/
- https://www.beilstein-journals.org/bjnano/articles/2/19
समीक्षक : वसंत वाघ
