Feb 14 • 9M

നാനോലോകത്തെ ചെറിയ വലിയ കാഴ്ചകള്‍

നാനോതലത്തില്‍ കാഴ്ചകളെല്ലാം വേറെ ലെവലാണ്

5
 
1.0×
0:00
-9:29
Open in playerListen on);
Episode details
Comments

സ്വര്‍ണ്ണനിറം എന്നത് സ്വര്‍ണ്ണത്തിന്റെ മാക്രോസ്‌കോപ്പിക് സ്വഭാവമാണ്. സ്വര്‍ണ്ണത്തിന്റെ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകള്‍ അതിന്റെ വലുപ്പത്തിനനുസരിച്ച് ചുവപ്പ്, പച്ച, നീല, എന്നിങ്ങനെ പല നിറങ്ങളില്‍ കാണാം. അതുപോലെ ഒരു മയില്‍പ്പീലിയില്‍ ശോഭയാര്‍ന്ന നിറങ്ങള്‍ കാണുന്നത് അതിലെ സൂക്ഷ്മമായ ഘടനകളില്‍ പ്രകാശം പ്രതിഫലിക്കുന്നതിനാലാണ്. ഇത്തരത്തില്‍ നാനോതലത്തില്‍ കാഴ്ചകളെല്ലാം വേറെ ലെവലാണ്


നാം ഗ്രഹിക്കുന്ന ലോകം ത്രിമാനവും നാം പ്രയോഗിക്കുന്ന സാധനങ്ങളുടെ അളവുകള്‍ കിലോമീറ്റര്‍ മുതല്‍ പരമാവധി മില്ലിമീറ്റര്‍ വരെയുമാണ്. ഈ അളവിനെ macroscopic scale എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇത്തരം വസ്തുക്കളെയും സവിശേഷതകളെയും പ്രവര്‍ത്തനങ്ങളെയും പഠിച്ച് അവയില്‍ നിന്നും ഉണ്ടാക്കിയ നിയമങ്ങളാണ് നാം ക്ലാസിക്കല്‍ ഫിസിക്സ്, കെമിസ്ട്രി, ബയോളജി എന്നിവയില്‍ പഠിക്കുന്നത്. എന്നാല്‍ സൂക്ഷ്മതലത്തില്‍ ഇവ ബാഹ്യമായി കാണുന്നതിലും സങ്കീര്‍ണമാണ്. മാത്രമല്ല, ഇവ മേല്‍പ്പറഞ്ഞ നിയമങ്ങള്‍ അനുസരിക്കുന്നുമില്ല. ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു മയില്‍പ്പീലിയില്‍ ശോഭയാര്‍ന്ന നിറങ്ങള്‍ കാണുന്നത് അതിലെ സൂക്ഷ്മമായ ഘടനകളില്‍ പ്രകാശം പ്രതിഫലിക്കുന്നതിനാലാണ്. അതുപോലെ തന്നെ പല്ലി എങ്ങനെയാണ് ചുമരുകളില്‍ ഗ്രാവിറ്റിയെ എതിര്‍ത്ത് ഇത്ര ദൃഢമായി പിടിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് ചിന്തിച്ചിട്ടുണ്ടോ? അവയുടെ കാലുകളിലുള്ള മൈക്രോമീറ്റർ (10^-6 ) നാനോമീറ്റര്‍( 10^-9) അളവിലുള്ള ചെറു ആകൃതികളാണ് അവയെ അതിന് സഹായിക്കുന്നത്. ഒരു താമരയിലയില്‍ വെള്ളം നനയാത്തതും കണ്ണുകൊണ്ട് കാണാനാകാത്ത ചെറിയ മില്ലിമീറ്റര്‍ അളവിലുള്ള ചെറുനാരുകള്‍ ഉള്ളതുകൊണ്ടാണ്. താമരയിലയുടെ ഈ സവിശേഷതയെ ആധാരമാക്കി അഴുക്ക് പറ്റാത്ത തുണികള്‍ ഇപ്പോള്‍ നിര്‍മ്മിക്കുന്നുണ്ട്. ഇത്തരത്തില്‍, പ്രകൃതിയിലുള്ളതും കൃത്രിമവുമായ സൂക്ഷ്മ ഘടനകളെയും അവയുടെ സവിശേഷതകളെയും സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്ന മേഖലയാണ് നാനോടെക്നോളജി.


പല്ലി എങ്ങനെയാണ് ചുമരുകളില്‍ ഗ്രാവിറ്റിയെ എതിര്‍ത്ത് ഇത്ര ദൃഢമായി പിടിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് ചിന്തിച്ചിട്ടുണ്ടോ? അവയുടെ കാലുകളിലുള്ള മൈക്രോമീറ്റര്‍, നാനോമീറ്റര്‍ അളവിലുള്ള ചെറു ആകൃതികളാണ് അവയെ അതിന് സഹായിക്കുന്നത്. ഒരു താമരയിലയില്‍ വെള്ളം നനയാത്തതും കണ്ണുകൊണ്ട് കാണാനാകാത്ത ചെറിയ മില്ലിമീറ്റര്‍ അളവിലുള്ള ചെറുനാരുകള്‍ ഉള്ളതുകൊണ്ടാണ്. താമരയിലയുടെ ഈ സവിശേഷതയെ ആധാരമാക്കി അഴുക്ക് പറ്റാത്ത തുണികള്‍ ഇപ്പോള്‍ നിര്‍മ്മിക്കുന്നുണ്ട്


1-100 നാനോമീറ്റര്‍(nm) അളവില്‍ ഉള്ള വസ്തുക്കളെയും ഘടനകളെയും ആണ് നാനോടെക്നോളജി രംഗത്ത് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്.1 nm എന്നാല്‍ ഒരു തലമുടിയിഴയുടെ ശരാശരി വീതിയുടെ എണ്ണായിരത്തില്‍ ഒന്നാണ്. നാനോട്യൂബ് എന്ന വാക്ക് നിങ്ങള്‍ ചിലപ്പോള്‍ കേട്ടിട്ടുണ്ടാകും. നാനോമീറ്ററുകള്‍ മാത്രം വ്യാസമുള്ള കുഴലുകളാണിവ. കാര്‍ബണ്‍ എന്ന മൂലകത്താല്‍ നിര്‍മ്മിതമാണ് കാര്‍ബണ്‍ നാനോട്യൂബുകള്‍. അതുപോലെ മറ്റ് പല നാനോട്യൂബുകളും ഉണ്ട്. ഇത്തരത്തില്‍ പലതരം സവിശേഷതകള്‍ ഉള്ള ട്യൂബുകള്‍ നിര്‍മ്മിക്കാന്‍ സാധിക്കും. കാര്‍ബണ്‍ നാനോട്യൂബിന് സ്റ്റീലിനേക്കാള്‍ ശക്തിയുണ്ട്, എന്നാല്‍ ഭാരം തീരെ കുറവുമാണ്. ഇത്തരത്തില്‍ നാനോട്യൂബുകള്‍ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി ശ്യൂന്യാകാശത്തേക്ക് എലിവേറ്റര്‍ നിര്‍മ്മിക്കാന്‍ പോലും പദ്ധതിയിടുന്നുണ്ട് ഗവേഷകര്‍.

നാനോടെക്നോളജി നിത്യജീവിതത്തില്‍

നാനോടെക്നോളജി നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തില്‍ ഒരുപാട് സ്വാധീനം ചെലുത്താന്‍ സാധിക്കുന്ന ഒരു മേഖലയാണ്. ഒരു ഉദാഹരണം പറയാം. ആദ്യകാല കംപ്യൂട്ടറിനേക്കാള്‍ എത്രയോ ചെറുതാണ് നാം ഇന്ന് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫോണ്‍. എന്നാല്‍ അന്നത്തെ കംപ്യൂട്ടറിനേക്കാള്‍ ആയിരം മടങ്ങ് കാര്യക്ഷമവുമാണ്. കാരണം ലക്ഷക്കണക്കിന് ട്രാന്‍സിസ്റ്ററുകള്‍ ആണ് ഇക്കാലത്തെ ഫോണുകളില്‍ 1mm^2 ല്‍ അടുക്കിവെച്ചിരിക്കുന്നത്. 10-20 nm ആണ് ഇക്കാലത്തെ ട്രാന്‍സിസ്റ്ററുകളുടെ വലുപ്പം. നാനോടെക്നോളജിയിലെ തന്നെ നാനോഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്ന മേഖലയുടെ പുരോഗതിയിലൂടെ ആണ് ഇത് സാധ്യമാകുന്നത്. ട്രാന്‍സിസ്റ്റര്‍ മാത്രമല്ല, ഉയര്‍ന്ന റെസല്യൂഷന്‍ ഉള്ള ഡിസ്പ്ലേയും മറ്റും ഇതുവഴി സാധ്യമാണ്.

കംപ്യൂട്ടറുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ മാത്രമല്ല, ഊര്‍ജ്ജ സംഭരണം, രാസപ്രവര്‍ത്തനം, വൈദ്യശാസ്ത്രം എന്നിങ്ങനെ പല മേഖലകളും നാനോടെക്നോളജി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നു. നിത്യജീവിതത്തില്‍ നാനോടെക്നോളജിക്ക് എത്ര വലിയ മാറ്റങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കാന്‍ സാധിക്കുമെന്നതിന് ചില ഉദാഹരണങ്ങള്‍ ചൂണ്ടിക്കാണിക്കാം.

1 mm വശമുള്ള ക്യൂബിനെ 0.1 mm വശമുള്ള 1000 ക്യൂബുകള്‍ ആയി മുറിച്ചാല്‍ അതേ വ്യാപ്തത്തില്‍ വിസ്തീര്‍ണ്ണം പത്തിരട്ടിയാകും.1 nm വശമുള്ള ക്യൂബ് ആയി മുറിച്ചാലോ, വിസ്തീര്‍ണ്ണം 10^6 ഇരട്ടിയാകും. ഇങ്ങനെ നാനോസ്ട്രെക്ചറിംഗ് വഴി വിസ്തീര്‍ണ്ണം വര്‍ധിപ്പിച്ച് രാസപ്രവര്‍ത്തനം, പ്രകാശ ആഗിരണം എന്നിവ വര്‍ധിപ്പിക്കാന്‍ സാധിക്കുന്നു. ഇത് മെച്ചപ്പെട്ട ബാറ്ററി, സോളാര്‍ സെല്‍ എന്നിവ ഉണ്ടാക്കാന്‍ സഹായകമാകും.

നാനോടെക്നോളജിയുടെ അനുദിനം വികസിക്കുന്നതും വളരെ പ്രയോജനപ്രദവുമായ മറ്റൊരു മേഖലയാണ് നാനോ റോബോട്ടിക്സ്. നാനോബോട്ട്സ്, നാനോ മെഷീനുകള്‍ എന്നീ പേരുകളില്‍ അറിയപ്പെടുന്ന ചെറിയ റോബോട്ടുകളും മെഷീനുകളും ശരീരത്തിന്റെ കൃത്യമായ ഒരു ലക്ഷ്യസ്ഥാനത്തേക്ക് മരുന്നുകള്‍ എത്തിക്കുക, കാന്‍സര്‍ കോശങ്ങളെ കണ്ടെത്തി നശിപ്പിക്കുക, ഡിഎന്‍എ വിശകലനം എന്നിവയ്ക്കായി പ്രയോജനപ്പെടുത്താം. വളരെ അധികം ഗവേഷണങ്ങള്‍ നടന്നുവരുന്ന ഒരു മേഖലയാണ് നാനോ മെഡിസിന്‍ മേഖല.


പ്രകൃതിയിലുള്ളതും കൃത്രിമവുമായ സൂക്ഷ്മ ഘടനകളെയും അവയുടെ സവിശേഷതകളെയും സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്ന മേഖലയാണ് നാനോടെക്നോളജി. 1-100 നാനോമീറ്റര്‍(nm) അളവില്‍ ഉള്ള വസ്തുക്കളെയും ഘടനകളെയും ആണ് നാനോടെക്നോളജി രംഗത്ത് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്.1 nm എന്നാല്‍ ഒരു തലമുടിയിഴയുടെ ശരാശരി നീളത്തിന്റെ എണ്ണായിരത്തില്‍ ഒന്നാണ്


ട്രാന്‍സിസ്റ്ററിനെയും നാനോഇലക്ട്രോണിക്സിനെയും കുറിച്ച് പറഞ്ഞിരുന്നല്ലോ. ഇവിടെ നാം ചിന്തിക്കേണ്ട ഒരു കാര്യമെന്തെന്നാല്‍ 1-10 nm അളവില്‍ 10-100 ആറ്റങ്ങള്‍ വരെ ഉണ്ടാകാം. ഇത്രയും സൂക്ഷ്മ അളവില്‍ മുമ്പ് പറഞ്ഞത് പോലെ ക്ലാസിക്കല്‍ ഫിസിക്സ് നിയമങ്ങള്‍ അല്ല, മറിച്ച് ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സ് അല്ലെങ്കില്‍ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് നിയമങ്ങള്‍ ആണ് പ്രസക്തമാകുക. ക്ലാസിക്കല്‍ ആയി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തെ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് തടസ്സപ്പെടുത്തുമെങ്കിലും ഈ നിയമങ്ങളെ സാധകമായി ഉപയോഗിച്ച് മറ്റ് ഉപകരണങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കുകയും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യാം.

നാനോതലത്തില്‍ കാഴ്ചകളെല്ലാം വേറെ ലെവല്‍

തുടക്കത്തില്‍ സൂചിപ്പിച്ചത് പോലെ ത്രിമാനമായ (3D) ഒരു ലോകത്തിലെ പോലെ അല്ല ദ്വിമാനവും (2D) ഏകമാനവും (1D). മാനമില്ലാത്ത (0D) അവസ്ഥയിലും  ഇലക്ട്രോണുകളെ 2Dയില്‍ പരിമിതപ്പെടുത്താനാകും. ഇങ്ങനെയുള്ള വളരെ നേര്‍ത്ത വസ്തുക്കളില്‍ ഒന്നാണ് ഗ്രാഫീന്‍. ഗ്രാഫീനെ കുറിച്ച് നിങ്ങള്‍ ചിലപ്പോള്‍ കേട്ടുകാണും. ഇതിന്റെ സവിശേഷത കണ്ടെത്തിയതിനാണ് 2010ല്‍ നോബേല്‍ പുരസ്‌കാരം നല്‍കപ്പെട്ടത്. ഇതുപോലെ പല സ്വഭാവമുള്ള 2D വസ്തുക്കള്‍ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഇനി ഇവയില്‍ തന്നെ പല സാങ്കേതികവിദ്യ കൊണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകളെ 1D,0D എന്നിങ്ങനെ പരിമിതപ്പെടുത്താം. 0Dയില്‍ വസ്തുക്കളെയും ഇലക്ട്രോണുകളെയും പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നതിനെ ക്വാണ്ടം ഡോട്ട്സ് എന്ന് പറയുന്നു. സ്വര്‍ണ്ണത്തിന്റെ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകള്‍ അതിന്റെ വലുപ്പത്തിനനുസരിച്ച് ചുവപ്പ്, പച്ച, നീല, എന്നിങ്ങനെ പല നിറങ്ങളില്‍ കാണാം. സ്വര്‍ണ്ണനിറം എന്നത് അതിന്റെ മാക്രോസ്‌കോപ്പിക് സ്വഭാവമാണ്. ഇതുപോലെ തന്നെയാണ് മറ്റ് വസ്തുക്കളുടെ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളും. ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകള്‍ ഉപയോഗപ്പെടുത്തിയുള്ള ഡിസ്പ്ലേകള്‍ ഇന്ന് വിപണിയില്‍ വന്ന് കഴിഞ്ഞു. QLED എന്ന് ചിലപ്പോള്‍ കേട്ടുകാണും.

സാങ്കേതിക വശങ്ങളിലേക്കും മറ്റ് വിശദാംശങ്ങളിലേക്കും കടക്കുന്നില്ലെങ്കിലും ഇത്തരത്തില്‍ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകള്‍ കൊണ്ടും ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സും നാനോടെക്നോളജിയും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന ഉപകരണങ്ങള്‍ കൊണ്ടും വികസിച്ച് കൊണ്ടിരിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിംഗ് എന്നത്. ഭാവിയില്‍ നമ്മുടെ ജീവിതത്തെ പലതരത്തിലും സ്വാധീനിക്കാനുള്ള ശേഷി ഇവയ്ക്കുണ്ട്.

മേല്‍പ്പറഞ്ഞത് നാനോടെക്നോളജിയുടെ പല ഉപയോഗങ്ങളില്‍ ചിലത് മാത്രമാണ്. ശാസ്ത്രത്തിന്റെ എല്ലാ മേഖലകളിലും ഇതിന്റെ പ്രഭാവം ഉണ്ട്. നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തില്‍ പ്രത്യക്ഷമായും പരോക്ഷമായും നാം അറിഞ്ഞും അറിയാതെയും സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്ന ശാസ്ത്രസാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഒരു ശാഖയാണ് നാനോടെക്നോളജി. വൈദ്യശാസ്ത്രം, കംപ്യൂട്ടിംഗ്, ഡിസ്പ്ലേ, ബാറ്ററി തുങ്ങി ടെക്സ്‌റ്റൈല്‍സ്, കോസ്മെറ്റിക്സ്, പെയിന്റ് ഇങ്ങനെ പലതിലും നാനോടെക്നോളജി പുതിയ മാറ്റങ്ങള്‍ കൊണ്ടുവരുന്നുണ്ട്. ഭാവിയില്‍ ഇവയുടെ സ്വാധീനം കൂടുമെന്നതില്‍ ഒരു സംശയവും ഇല്ല.