विज्ञान शाखांतर्गत झपाट्याने होत गेलेल्या प्रगतीमुळे अब्जांश पदार्थ निर्मितीच्या नवनवीन पद्धती उदयास आल्या व कालानुरूप विकसित होत गेल्या. त्यामुळे हवा तसा आकार व प्रकार असलेल्या अब्जांश पदार्थांची निर्मिती आता शक्य झाली आहे. अब्जांश पदार्थांचा उपयोग हा त्यांचा आकार, प्रकार व रचनात्मक मिती या गोष्टींवर अवलंबून असतो. त्यामुळे आवश्यकतेनुसार विविध पद्धतींचा अब्जांश पदार्थ निर्मितीसाठी अवलंब केला जातो. त्यातील काही प्रमुख पद्धती पुढीलप्रमाणे आहेत – (१) यांत्रिक शाणन पद्धत, (२) वायू प्रावस्था पद्धत, (३) तुषार उत्ताप विच्छेदन पद्धत, (४) वायुसंघनन प्रक्रिया, (५) रासायनिक बाष्प संघनन पद्धत, (६) द्रावण स्वरूप / सद्रव रासायनिक मिश्रण पद्धत, (७) भट्टीय निर्मिती पद्धत, (८) लेसर किरण शस्त्रक्रिया पद्धत, (९) निनादी स्फोटकीय आयनायू प्रक्रिया पद्धत, (१०) सूक्ष्म लहरी आयनायू प्रक्रिया पद्धत आणि (११) जैविक निर्मिती प्रक्रिया पद्धत. यातील काही पद्धती आकृती १ मध्ये दर्शवल्या आहेत.
(१) यांत्रिक शाणन (Mechanical Grinding) : या पद्धतीने अब्जांश पदार्थांचे एकसंघ असे चूर्ण बनविता येते. यात मूळ धातू किंवा पदार्थांचे यांत्रिक पद्धतीने छोट्या छोट्या कणांत रूपांतर म्हणजेच विरूपण केले जाते. हे करण्यासाठी अत्यंत कठीण धातूच्या उत्ताप भट्टीमध्ये (Heat furnace) गोलकाच्या साहाय्याने शाणन करून पदार्थाचे सातत्त्यपूर्ण क्रियेद्वारे अब्जांश कणांत रूपांतर केले जाते. शाणन प्रक्रिया करताना शाणनाचा कालावधी, दाब, तापमान इ. बाबी नियंत्रित कराव्या लागतात.
(२) वायू प्रावस्था निर्मिती प्रक्रिया (Gas Phase Synthesis) : अब्जांश पदार्थ निर्मितीची ही एक प्रमुख पद्धत असून तिचा वापर मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. या पद्धतीने हव्या त्या आकाराची व प्रकाराची अब्जांश पदार्थ निर्मिती करता येते. यामध्ये सर्वप्रथम एकविध (Homogenous) किंवा अनेकविध (Heterogeneous) पद्धतीने रसायनाची वायू अवस्थेत निर्मिती केली जाते. त्यानंतर रासायनिक व भौतिक अभिक्रियेद्वारे तयार झालेले वायू प्रावस्थेतील रसायन हे उत्प्रेरकाच्या संपर्कात आणून काचेवर किंवा अन्य घन पदार्थावर अब्जांश आवरण किंवा स्वतंत्र अब्जांश पटल (Nanofilm) तयार करता येते.
(३) श्राव्यातीत ज्योती साहाय्यीत तुषार उत्ताप विच्छेदन (Flame Assisted Ultrasonic Spray Pyrolysis) : या निर्मिती पद्धतीत पदार्थांना तुषारकणीय अवस्थेत नेऊन प्रखर उष्णता ज्योतीच्या साहाय्याने मूळ पदार्थाव्यतिरिक्तचे अन्य घटक जाळले जातात. या घटकांचे अश्राव्य (Ultrasonic) ध्वनी लहरींच्या सान्निध्यात उत्पातीत (Pyrolysis) विच्छेदन केले जाते. या प्रक्रियेमुळे अब्जांश पदार्थांची निर्मिती होते. मुख्यत: सिलिका अब्जांश कण या प्रक्रियेद्वारे बनवतात.
(४) वायुसंघनन प्रक्रिया (Gas Condensation Processing) : मुख्यत: धातू व अकार्बद (non-Carbon) पदार्थांच्या अब्जांश पदार्थ निर्मितीसाठी ही पद्धत वापरतात. उष्ण बाष्पीकरणाद्वारे व निष्क्रिय (Inert) वायूंच्या सानिध्यात धातू व अकार्बनीय पदार्थ तापवून विरूपित केले जातात. त्या नंतर हे अतिउष्ण विरूपित पदार्थ नत्र (Nitrogen) वायूंच्या साह्याने थंड केले जाते. तयार झालेले अब्जांश कण यंत्राच्या साह्याने खरवडून भांड्यातून काढतात.
(५) रासायनिक बाष्प संघनन (Chemical Vapor Condensation Method) : विविध प्रकारचे पदार्थ अतिउष्ण तापमानात काही वायू अवस्थेतील पदार्थांत तापविले जातात. परिणामत: अशा पदार्थांचे बाष्पात रूपांतर होते. त्याची विक्रीय घटकांसोबत अभिक्रिया घडवून आणल्याने त्या पदार्थांचे अब्जांश पुंज (Quantum dots)तयार होतात. या सर्व पुंजांचे अतिउच्च तापमानात संघनन केल्यावर अब्जांश कणांची निर्मिती होते.
(६) सद्रव रसायन निर्मिती प्रक्रिया (Wet Chemical Synthesis) : या निर्मिती प्रक्रियेचे पुढील दोन प्रकार पडतात – (१) ‘चढावरून उताराकडे’ पद्धत (Top-Down Method) : या पद्धतीत मूळ घन अवस्थेतील धातू किंवा अन्य पदार्थ हे प्रथम द्रव रुपांतरित करून त्यानंतर ते अब्जांश पदार्थांत विरूपित केले जातात. उदा., विद्युत रासायनिक विरूपीकरण वापरून सच्छिद्र सिलिका अब्जांश पदार्थ निर्मिती.
(२) ‘उतारावरून चढाकडे’ पद्धत (Bottom-Up Method) : या पद्धतीत पदार्थातील मूळ घटकांचे एका नियंत्रित पद्धतीने कलील द्रव्यात रूपांतर केले जाते (Colloidal solution). हे पदार्थ या अवस्थेत अब्जांश पुंजक्यांमध्ये विरूपित होतात. या पद्धतीत पदार्थाच्या ऑक्साईड (Oxide) या रासायनिक अवस्थेचा उपयोग केला जातो. (पहा आ. क्र. २).
(७) भट्टीय निर्मिती प्रक्रिया (Furnace Production) : या पद्धतीत पदार्थ सु. २,०००० से. इतक्या अतिउच्च तापमानास तापविले जातात. त्यामुळे पदार्थांचे बाष्पीभवन होते. यात अणुकिरणीय ऊर्जेचा (atomic radiation) वापर करून पदार्थाच्या मूळ कार्यद्रव्याचेरासायनिक क्रियेद्वारा आण्विक स्तरावर विघटन केले जाते. या अणूंचे एकमेकांवर प्रचंड आघात होतात. परिणामत: पदार्थाचे अब्जांश स्वरुपातील कोश (Agglomers) किंवा पुंज (Clusters) तयार होतात. या अब्जांश पुंजांचे किंवा कोशांचे विविध आकारात व प्रकारात ऊर्जा-संघनन, ऊर्जा-नियंत्रण तसेच वायुवेगाचे नियंत्रण (Controlled synthesis) करून पाहिजे त्या प्रमाणे अब्जांश कण तयार करता येतात.
(८) लेसर किरण शत्रक्रिया (Laser Ablation) : या पद्धतीत एखादा घन पदार्थ/धातू हा प्रकाश शलाकेच्या साह्याने द्रवरूपात आणून त्या पदार्थाचे अब्जांश पुंजके (Nano cluster) तयार होतात. लेसर किरणांच्या सहाय्याने हे अब्जांश पुंजके हवे तसे कापून विविध प्रकारची अब्जांश पटले, आवरणे व पुंजांची निर्मिती करता येते.
(९) निनादी स्फोटकीय आयनायू प्रक्रिया पद्धत (Sputtered Plasma Method) : या पद्धतीत अतिउष्ण तापमानात पदार्थाचे आयनायू (Plasma) प्रक्रियेने स्फोट घडवून आणले जातात. या आयनायू निनादी स्फोटामुळे पदार्थाचे विरूपण अब्जांश पदार्थामध्ये होते.
(१०) सूक्ष्मलहरी आयनायू प्रक्रिया (Microwave Plasma Processing) : रासायनिक संघनन प्रक्रिये सारखीच ही एक प्रक्रिया असून यात अतिउच्च तापमानाऐवजी आयनायू ऊर्जेचा उपयोग सूक्ष्म लहरीद्वारे केला जातो व रसायनांचे रूपांतर अब्जांश पदार्थांत केले जाते.
(११) जैविक निर्मिती प्रक्रिया (Biological Synthesis) : या प्रक्रियेत नैसर्गिक जैविक वनस्पती, जीवाणू व त्यांच्या घटकांचा उपयोग करून अब्जांश पदार्थांची निर्मिती करता येते. रासायनिक व भौतिक पद्धतीतील काही हानिकारक गोष्टी या प्रक्रियेतून वगळल्या जातात. वनस्पतीचे रस, विकर(catalysts), सूक्ष्मजीव कवक, जीवाणूंमधील विविध कार्बद, प्रथिने इत्यादींचा वापर करून अब्जांश पदार्थांची निर्मिती करण्यात येते.
संदर्भ :
1. Basma A. Omran, Basma A. Omran, Fundamentals of Nanotechnology and Nanobiotechnology. Nanobiotechnology – A Multidisciplinary Field ofScience, 10.1007/978-3–030–46071-6_1, (1-36), (2020).
2. Rane, A. V., Kanny, K., Abitha, V. K., & Thomas, S. (2018). Methods for Synthesis of Nanoparticles and Fabrication of Nanocomposites. Synthesis of Inorganic Nanomaterials, 121–139
समीक्षक : वसंत वाघ
