வாழ்வை எளிமைப்படுத்தும் மின்கருவிகளை மேலும் எளிமையாக்க வரும் நீல ஒளிஉமிழ் சில்கள்: எதிர்காலத்தை செழுமைப்படுத்தவா, சேதாரப்படுத்தவா?

தற்பொழுதைய காலங்களில், நம் கைகளை அதிகமாய் பற்றிக்கொள்ளும் மிடுக்கு அலைபேசிகளின் (smart phones) தொழிற்நுட்பம், பலவாறு பரிணமித்து, நினைக்கமுடியா உயரத்தில் நிற்பதை நாமறிவோம். அந்த வகையான மிடுக்கு அலைபேசிகளை எப்படி பயன்படுத்தலாம், எப்படியெல்லாம் நமக்கேற்றார்போல் மாற்றிக்கொள்ளலாம், அதிலுள்ள வெட்டொளியை (flash light) பயன்படுத்தி எப்படி ஒரு அழகான படமெடுக்கலாம், என்றெல்லாம் தெரிந்த நமக்கு, அதற்கு மிகமுக்கியமாய் பயன்படும் நீல ஒளிஉமிழ் சில்லைப் பற்றி குறைவாகவே அறிந்து வைத்திருக்கிறோம். அதுமட்டுமின்றி, இப்படியான தொழிற்நுட்பத்திற்கு நம்மிடையே வெளிச்சமிட்டுக் காட்டிய, அறிவியலாளர்களை இந்த ஆண்டுதான் நம்முன் வெட்டவெளிச்சமாகியிருக்கிறார்கள். ஆம், இந்த ஆண்டின் இயற்பியலுக்காய் நொபெல் பரிசு தட்டிச்சென்ற மூன்று இயற்பியல் வல்லுனர்கள்தான் அவர்கள்.

அந்த மூன்று அறிவியலாளர்களின் பெயர்கள் கீழ்வருமாறு,

முனை. இசாமு அகசாகி,

முனை. கிரோசி அமனோ,

முனை. சுஜி நக்கமுரா

இவர்களைப்பற்றியும், இவர்களால் சிறப்பிக்கப்பட்ட அல்லது இவர்களை சிறப்பு செய்த நொபெல் பரிசு பற்றியும் முன்னொரு கட்டுரையில் பார்த்தோம் (1). இக்கட்டுரையில் நாம் முக்கிய பேசுபொருளாய் எடுத்திருப்பது, ‘அந்த நீல ஒளி உமிழ் சில்லின் கண்டுபிடிப்பு எப்படியெல்லாம் நம்மின் அன்றாட வாழ்க்கைத்தரத்தை மாற்றி, எளிதாக்கியிருக்கிறது’ என்பதைப்பற்றிதான்.

சிவப்பு மற்றும் பச்சை ஒளி உமிழ் சில்கள், 1960 ஆம் ஆண்டுகளிலேயே கண்டுபிடிக்கப்பட்டு, பயன்பாட்டிற்காய் சந்தைக்கு வந்துவிட்ட நேரத்தில், நீல ஒளி உமிழ் சில்லை எப்படி மெய்யாக்கலாம் என அறிவியல் வல்லுனர்கள் ஆராய்ந்துகொண்டே இருந்தனர். முக்கியமாய் மேலே குறிப்பிட்ட மூன்று இயற்பியலாளர்களும், இதை எப்படியும் மெய்யாக்க மிகவும் முயன்றனர்.

சிவப்பு மற்றும் பச்சை ஒளி உமிழ் சில்லின் உருவாக்கம் மெய்யாக்கப்பட்ட வேளையில், நீல ஒளி மட்டும் கைகூடாததன் முக்கியக் காரணம் அதற்கு தேவைப்பட்ட, ‘முற்றிலும் நேர்த்தியாய் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட காலியம் நைட்ரைடு படிமத்தை’ உருவாக்கஇயலாமை மற்றும் ‘வேறொரு தனிமத்தை, காலியம் நைட்ரைடு படிமத்தினுள் பொதிக்கப்பட இயலாமை’. இவற்றால், ஒளிஉமிழும் சந்தியை அவர்களால் குறைக்கடத்தியினூடே உருவாக்க இயலவில்லை.

இயல்பாய், நீலஒளி அதிக ஆற்றலுடனும், பச்சை நிறம் அதைவிட குறைந்தும், சிவப்பு நிறம் பச்சை நிறத்தைக்காட்டிலும் குறைந்தும் காணப்படும். எளிதாய் விளங்கவேண்டுமாயின், ஆற்றலும் (energy), ஒளியின் அலைநீளமும் (wavelength) ஒன்றுக்கொன்று நேரெதிரானது (சமன்-1).
 E = hc/lambda---- சமன்-1

இங்கு, பிலாங்ஸ் மாறிலி (h) = 6.626 × 10^-34 ஜூல்.நொடி,

ஒளியின் வேகம் (c) = 2.998 × 10⁸ மீட்டர்/நொடி

படம் 1 ல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, நிறமாலையில் ஊதாவிற்கு முன்பு புற ஊதாவாகவும், பின் இண்டிகோ, நீலம், பச்சை, மஞ்சள், ஆரஞ்சு, சிவப்பு அதன் பின் அகச்சிவப்பு எனவும் அமையப்பெற்றிருக்கும். அதில் புற ஊதா முதல் அகச்சிவப்பு வரையிலான வரிசையில் அலைநீளம் அதிகரிக்கிறது, ஆற்றல் குறைகிறது. எனவேதான் நீல ஒளிக்கு ஆற்றல் அதிகமாயும், சிவப்புக்கு குறைவாயும் காணப்படும். இதனை நீங்கள் வெறும்கண்களாலேயே நன்றாய் உணரமுடியும், நம்மால் சிவப்பு நிறத்தை பார்க்கும் அளவுக்கு, நீல நிறத்தை நேரடியாய் பார்க்க இயலாது. மேலும், இயல்பாய் வெறும்கண்களால் பார்க்க இயலா கதிரவனை, மாலை வேளையில் வெகு எளிதாய் நம்மால் பார்க்க இயலும். அதுவும், கதிரவன் சிவப்பு நிறத்தில் காணக்கிடைக்கும். இதற்கு காரணம், மாலை வேளையில், கதிரவன் நம் கண்களுக்கு வெகு தொலைவில் இருக்கிறது. எனவேதான், அதிக அலைநீளம் கொண்ட சிவப்பு நிறம் மட்டுமே நமக்கு காணக்கிடைக்கிறது. 

படம் 1: வெவ்வேறுபட்ட நிறங்களின் அலைநீளத்திற்கும் அதன் ஆற்றலுக்குமான வேறுபாட்டை புலப்படுத்தும் படம். (அ) கீழிருந்து மேலாக அதிகரிக்கும் அலைநீளம், (ஆ) மேலிருந்து கீழாக குறையும் ஆற்றல், (இ) காம்மா கதிர், (ஈ) எக்ஸ் கதிர் (எக்ஸ்ரே, CT, PET-CT ஸ்கேன் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுவது), (உ) புற ஊதாக் கதிர், (ஊ) பார்வைக்குட்பட்ட நிறங்கள் (VIBGYOR), (எ) அகச்சிவப்புக் கதிர், (ஏ) ரேடியோ அலைகள் (ரேடார், தொலைக்காட்சி, ரேடியோ, எஃப் எம் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுவது).

இது ஒருபக்கம் இருக்கட்டும், நாம் நம் பேசுபொருளுக்கு வருவோம். ஏறத்தாழ முப்பது ஆண்டுகால முயற்சிக்குப்பின், 1994 ம் ஆண்டு முதல் நீல ஒளி உமிழ் சில்லு மெய்யாக்கப்பட்டது. இதற்கு அவர்கள் துகள்இயற்பியல் (particle physics), படிகவளர்ப்பு (crystal growth), கருவி கட்டுமானம் (device fabrication), என பல்வேறுபட்ட தளங்களில் தங்களின் ஆய்வுகளை நடத்தவேண்டியிருந்தது.

இப்படியாய் உருவாக்கப்பட்ட, நீல ஒளிஉமிழ் சில்லு பல்வேறுபட்ட மிடுக்கு அலைபேசிகளின் தொடுதிரையை உருவாக்க பயன்படுகிறது. முன்பே குறிப்பிட்டதுபோல், இந்த நீல நிறத்தில் ஆற்றல் அதிகமென்பதால் மிகவும் எளிதாய் தொடு உணர்ச்சிகள் கடத்தப்பட்டு, கருவி வேகமாய் வேலை செய்ய உதவுகிறது.

மேலும், இந்த மிடுக்கு அலைபேசிகளில் படமெடுப்பதற்கோ அல்லது இருளை ஒளிர்விப்பதற்கோ பயன்படும் வெட்டொளி கருவியின் உருவாக்கத்திற்கும் இந்த நீல ஒளிஉமிழ் சில்லு பயன்படுகிறது. உங்களின் மிடுக்கு அலைபேசியில் பின்புறமுள்ள வெட்டொளி கருவியைப் பார்த்தால், அதில் ஒரு மஞ்சள் நிற முலாம் பூசப்பட்ட சில்லு தென்படும். அந்த மஞ்சள் நிறமானது சீரியத்தால் செரிவூட்டப்பட்ட யாக் (YAG:Ce) என்ற நிறமாற்றியே ஆகும். நாம் முன்பே பார்த்தது போல (2, 3) அந்த மஞ்சள் ஒளிஉமிழும் நிறமாற்றியானது (YAG:Ce), நீல ஒளிஉமிழும் சில்லின் மீது பூசப்பட்டிருக்கிறது. நீல ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து வரும் நீல நிறமும், அதனால் கிளர்வுற்று நிறமாற்றியால் உமிழப்படும் மஞ்சள் நிறமும் இணைந்து, அந்த வெண்ணொளியானது வெட்டொளி கருவியிலிருந்து வெளிப்படுகிறது (படம் 2).

படம் 2: மிடுக்கு அலைபேசிகளில் அமையப்பெற்றுள்ள வெட்டொளி கருவி செயல்படும் விதம்.

நாம் தற்பொழுதைய காலங்களில் பயன்படுத்தும் ரேடியோ அலைக்கற்றைகள் மூலம் இயங்கும் தொடர்பு சாதனங்கள் அனைத்தும் கூடியவிரைவில் பார்வைக்குட்பட்ட ஒளிமூலம் இயங்கும் விதமாய் வரவிருக்கிறது. அதில் முக்கியமாய், கம்பி இணைப்பின்றி இரு மின்கருவிகளை இணைக்கும் ‘wi-fi’, ‘Li-fi’ யாக மாற இருக்கிறது. இந்த ஐந்தாம் தலைமுறை தொழிற்நுட்பமான ‘Li-fi’, பார்வைக்குட்பட்ட ஒளி, அதாவது நீல ஒளிஉமிழ் சில்லின் மூலம் மெய்யாகவிருக்கிறது. மிகவும் எளிதாய், நம் வீட்டில் நீல ஒளிஉமிழும் விளக்குகளை ஒளிரவிட்டும், அந்த ஒளியினூடே பொதிக்கப்படும் தகவல்களை சேகரிக்கும் விதமாய் அனைத்து மின்சாதனங்களிலும் ‘ஒளிஉணர் கருவியை’ (photo-detector) பொருத்தினாலும் போதும் (படம் 3).

படம் 3: லைஃபை செயல்படும் விதம். (அ, ஆ) இணையப் பகிர்மானம், (இ) விளக்கை கட்டுப்படுத்தும் கருவி, (ஈ) லைஃபைக்குட்பட்ட இல்லம், (உ) நீல ஒளிஉமிழ் சில்லு, (ஊ) ஒளிஉணர்கருவி, (எ) பார்வைக்குட்பட்ட நீல ஒளியினூடே உட்பொதிக்கப்பட்ட தகவல்கள், (ஏ) மின்னெந்திரங்கள்.

லைஃபை, வைஃபை-யை விட 250 மடங்கு அதிகமான வேகமுடையதாகவும், 10 மடங்கு குறைவான விலையுடையதாகவும் இருக்கும் என்பதே இதன் ஆகச்சிறந்த கூறு. இதனால் நாம் தற்பொழுது பயன்படுத்திவரும் ரேடியோ அலைக்கற்றைகள் மூலம் இயங்கும் தொழிற்நுட்பத்திற்கு விடைகொடுக்கும் காலம் வந்துவிட்டது எனலாம். மேலும், ரேடியோ அலைக்கற்றைகள் பயன்படுத்தப்படும் வானூர்தி போன்ற மிகவும் பாதுகாப்புக்குட்பட்ட இடங்களிலும் இந்த லைஃபையை பயன்படுத்தமுடியும் என்பது இதன் கூடுதல் சிறப்பு. ஏனெனில், அதுபோன்ற பாதுகாப்புக்குட்பட்ட இடங்களில் பயன்படுத்தப்படும் ரேடியோ அலைக்கற்றைகளை எந்தவிதத்திலும் இந்த நீல ஒளிஉமிழ் சில்லில் பரிமாறப்படும் தகவல்கள் பாதிப்பதில்லை. இதே தொழிற்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி எதிர்வரும் காலங்களில் மருத்துவத்துறையில் பல அரிய கண்டுபிடிப்புகள் வர வாய்ப்பிருக்கிறது. ஆனால் இதிலும் சில இன்னல்கள் இருக்கவே செய்கிறது. இந்த ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து வெளிப்படும் நீல நிறத்தின் (நாம் சாதாரணமாய் வெண்ணொளி பயன்படுத்துகிறோம்) கீழ் அதிக நேரம் செலவழிக்கும் பொழுது, நமது உடலின் செல்களில் பலவித மாற்றங்களை ஏற்படுத்துகிறது. இதனால் நம் உடலிலுள்ள உயிரணுக்கள் சமநிலையை இழந்து வாழ தகுதியற்றதாகிவிடும் என்பதுதான் அது. 
நமக்கு அதைப்பற்றியெல்லாம் கவலையேது, ‘சரி, அந்த சில்லை ஒளிரவிடுங்கள், சற்றே இணையத்தில் மேய்ந்துவிட்டு வருகிறேன்!!!’

தரவுகள்:

1.       http://arivu-iyaltamizh.blogspot.kr/2014/10/blog-post.html

2.       http://arivu-iyaltamizh.blogspot.kr/2014/08/led.html

3.       http://arivu-iyaltamizh.blogspot.kr/2014/08/blog-post.html

சொற்களஞ்சியம்:

மிடுக்கு அலைபேசி – Smart phone; வெட்டொளி – Flash light; ஆற்றல் – Energy; ஒளியின் அலைநீளம் – Wavelength; துகள்இயற்பியல் – Particle physics; படிகவளர்ப்பு – Crystal growth; கருவி கட்டுமானம் – Device fabrication; ஒளிஉணர் கருவி – Photo-detector.

சக்திவேல்

(https://sites.google.com/site/sakthivelgandhi/home)

துளைபொருட்கள் (Porous materials): நுண்துளைபொருட்கள் (Mesoporous materials) பற்றிய சிறு அறிமுகம்:

நானோ (nano), அதிநுண்ணணு பொருட்கள் (nanomaterials) மற்றும் அதிநுண்ணணு தொழிற்நுட்பம் (nanotechnology) ஆகியவை பற்றிய முன்னோட்டம்:

பொதுவாக நானோ (nano) என்பது ஒருவகையான அளவீட்டைக் குறிக்கும் சொல்லாடல். அது எதனுடன் சேர்ந்து வருகிறதோ, அந்த அளவைக் குறிக்கும். நீளம் (nm), எடை (ng), கன அளவு (nl), பரப்பளவு (nm2), வேகம் (ns), மின்னாற்றல் (nW), என எதனையும் குறிக்கப் பயன்படலாம். குறிப்பாக, நாம் km-கிலோமீட்டர், cm-சென்டிமீட்டர், mm- மில்லிமீட்டர், mm – மைக்ரோமீட்டர் என பொருளின் நீள-அகலத்தை அளக்கிறோம் அதுபோலவே மிகக்குறுகிய, சிறிய பொருட்களை அளக்க ‘nm-நானோ மீட்டர் (=0.000000001 m)’ என்ற அலகு பயன்படுகிறது.

ஒரு கிலோமீட்டரையும் நாம் நானோமீட்டர் அலகு கொண்டு எழுதலாம் (1 km = 1000000000000 nm), ஆனால் அது அதிநுண்ணணு பொருட்களாய் (nanomaterials) ஆகிவிடாது. குறிப்பாக, 100 nm அளவுக்கு குறைவாக உள்ள பொருட்களையே அதிநுண்ணணு பொருளென அழைக்கப்படுகிறது. இதற்கு காரணம், அதன் பண்புகளில் (properties) எற்படும் மாற்றங்கள்தான். கம்யூனிச சித்தாந்தமும் இதைப்பற்றி குறிப்பிட்டிருக்கிறது என்பது கூடுதல் தகவல். அதாவது, ஒரு பொருளின் அளவு மாறும்பொழுது அதன் பண்பும் மாறும் என்பதுதான். ஒரே பொருளின் மூலக்கூறை எடுத்துக்கொண்டு, அதில் ஒரு பகுதியை இயல்பான பெரும்பொருளாயும், மற்றொரு பகுதியை எடுத்து அதிநுண்ணணு பொருளாயும் உருவாக்கும் பொழுது இரண்டின் பண்புகளும் ஒத்திருப்பதில்லை. இயல்பான பெரும்பொருளை ஒப்பிடுகையில், அதிநுண்ணணு பொருளாய் வடிவமைக்கப்பட்ட பொருள் மிகவும் சிறப்புவாய்ந்த பண்புகளைக் கொண்டிருக்கும். இப்படிப்பட்ட அதிநுண்ணணு பொருட்களைப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தும் தொழிற்நுட்பத்திற்கு பெயர்தான் அதிநுண்ணணு தொழிற்நுட்பம் (nanotechnology) என வழங்கப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டாய், இயல்பான கரியை எடுத்துக்கொள்வோம், அதுவே அதிநுண்ணணு கரிக்குழலையும் (CNT – carbon nano tube – கார்பன் நானோ டியூப்) எடுத்துக்கொள்வோம். இரண்டும் கரியால் (carbon) ஆனதுதான். ஆனால் இயல்பான கரி மிகவும் வலிமையற்றது. சிறிதாய் அதன் மீது கொடுக்கப்படும் அழுத்தத்தினால் கூட உடையும் பண்புடையது. அதுவே அதிநுண்ணணு கரிக்குழலை வைத்து நிலவு வரைக்கும் கூட ஏணி செய்துவிடலாம், உடையாமல். அந்தளவிற்கு வலிமையும், நிலைப்புத்தன்மையும் கொண்டிருக்கிறது இந்த கரியால் செய்யப்பட்ட அதிநுண்ணணு கரிக்குழல்.

துளைபொருட்கள் (porous materials):

நம் அன்றாட வாழ்வில் துளைபொருட்களின் பயன்பாடும், அதிநுண்ணணு தொழிற்நுட்பத்தில் துளைபொருட்களின் செயல்பாடும்:

ஒரு பெரும்பொருளில் துளையிடும் பொழுது அதன் பரப்பளவு அதிகமாவது மட்டுமின்றி அதன் எடை குறைகிறது அதேசமயம் அதன் நிலைப்புதன்மையும் அதிகமாகிறது. நாம், அன்றாட வாழ்வில் பயன்படுத்தும் உலர்ந்த மரங்கள், பஞ்சு, போன்றவை துளைகள் அமையப்பெற்ற பொருட்களே. அதனால்தான் இவற்றின் எடை இயல்பான துளைகளற்ற பொருட்களை காட்டிலும் குறைவாயும், உறிஞ்சும் தன்மை அதிகமாகவும் காணப்படுகின்றன. அதேபோல், துளைகளற்றதும், மிகவும் எடைமிக்கதுமான சிமெண்ட் பிளாக்குகளை விடுத்து அதே சிமெண்டால், துளைகளுடன் உருவாக்கப்படும் ஹாலோ பிளாக்குகளை (hollow blocks) பயன்படுத்த துவங்கியுள்ளோம். இதன் எடையும் குறைவு, நிலைப்புத்தன்மையும் அதிகம். இப்படி, நம்மின் அன்றாட வாழ்வில் துளைபொருட்களின் பங்கை சொல்லிக்கொண்டே போகலாம்.

அதேபோல்தான், துளைகள் அமையப்பெற்ற அதிநுண்ணணு பொருட்களும் சிறப்பு பண்புகளை பெற்றிருக்கின்றன. அப்பண்புகளின் காரணமாக, அவை பல்வேறுபட்ட பயன்பாடுகளுக்காய் உட்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றில், மருத்துவம், நீர் தூய்மைப்படுத்துதல், மின்னணு தொழிற்நுட்பம் மற்றும் பல துறைகளும் அடங்கும்.

துளைபொருட்களின் வகைகள்:

துளைபொருட்களின் பண்புகளைப்பொருத்து, ‘IUPAC’, அதனை மூன்று வகைகளாய் முறைப்படுத்தியிருக்கிறது,

(அ) அதிநுண்துளைபொருட்கள் (microporous materials)

(ஆ) நுண்துளைபொருட்கள் (mesoporous materials)

(இ) பெருந்துளைபொருட்கள் (macroporous materials)

இவற்றுள், அதிநுண்துளைபொருட்கள், 2 nm க்கும் குறைவான அளவுகொண்ட துளைகளையும், நுண்துளைபொருட்கள் 2 முதல் 50 nm வரையிலான அளவுகொண்ட துளைகளையும் பெற்றிருக்கும். அதற்குமேல் அதாவது 50 nm மேல் அளவுள்ள துளைகள் கொண்ட பொருளை பெருந்துளை பொருட்களெனவும் வழங்கப்பெறுகின்றன.

இதில், பொருளாய்வு அறிவியலாளர்களின் (materials scientists) மத்தியில் அதிகம் பேசக்கூடியதாய் இருப்பது ‘நுண்துளைபொருட்கள் (mesoporous materials)’ தான். அதற்கு காரணம், அவற்றின் ஒருங்கே அமைந்த பண்புகளான,

அதீத உள் மற்றும் வெளிப்பரப்பு (high internal and external surface area)

குறிப்பாய், பெருப்பாலான பயன்பாடுகளுக்கு உதவும் ‘2-50 nm’ அளவுகொண்ட வரிசை மாறா துளைகள் (ordered porous system)

அதிக வெப்பத்தையும், அழுத்தத்தையும் தாங்கும் பண்பு (high stability)

அவற்றின் வெளி-உட் தளங்களில் அலாதியாய் மொய்த்துக்கிடக்கும் வினைபுரி கூறுகள் (more functionalities).

படம் 1ல், அதிநுட்ப எதிர்மின்னயணி நுண்ணோக்கியில் (scanning electron microscope), அதிமின்னழுத்த எதிர்மின்னயணி உதவியுடன் படமாக்கப்பட்ட சில சிலிக்கா (Silica) நுண்துளைபொருட்களை காணலாம். இந்த படமானது, பொருளின் வெளிப்புற அமைப்பியலை (external morphology) எளிதில் விளங்கிக்கொள்ள பயன்படுகிறது.

படம் 1: அதிநுட்ப எதிர்மின்னயணி நுண்ணோக்கியில் படமாக்கப்பட்ட சிலிக்கா நுண்துளைபொருட்களின் வெளிப்புற அமைப்பியல். (அ) SBA-15 சிலிக்கா வகை மற்றும் (ஆ) MCM-41 சிலிக்கா வகை நுண்துளைபொருட்கள்.

நுண்துளைபொருட்களின் உட்புற அமைப்பியலை (internal morphology) அறிய, ஊடுருஎதிர்மின்னயணி நுண்ணோக்கி (transmission electron microscope) பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதிமின்னழுத்தம், அதாவது 200 kV அளவுக்கு எதிர்மின்னயணியானது பொருளை ஊடுருவிச்சென்று, எதிர்ப்பக்கம் அதன் நிழலை உருவாக்கும். பின் அந்த எதிர்மின்னயணி நிழல், அதிநுட்ப புகைப்படக் கருவிகொண்டு படம்பிடிக்கப்படும். படம் 2, SBA-15 சிலிக்கா வகை நுண்துளைபொருளின் உட்புற அமைப்பியலை விளக்குகிறது. அதில் மிகவும் சிறப்பான வகையில், தேன்கூடு போன்று துளைகள் ஒருங்கே அமைந்திருப்பதையும் அறிந்துகொள்ளமுடிகிறது. அந்த துளையின் அளவு, ஏறக்குறைய 5 லிருந்து 10 nm இருக்கலாம்.

படம் 2: ஊடுருஎதிர்மின்னயணி நுண்ணோக்கி உதவியுடன் படமாக்கப்பட்ட சிலிக்கா நுண்துளைபொருட்களின் உட்புற அமைப்பியல். (அ & ஆ) SBA-15 சிலிக்கா வகை நுண்துளைபொருட்கள்.

நுண்துளைபொருட்களின் பயன்பாடுகள்:

படம் 3: சிலிக்கா நுண்துளைபொருளின் படம்.

இந்த நுண்துளைபொருட்களின்,

(அ) அதிகப் பரப்பளவு (படம் 3-அ)

(ஆ) மிகவும் சீராய் அமையப்பெற்ற நுண்துளைகள் (படம் 3-ஆ)

(இ) அதிக நிலைப்புத்தன்மை

(ஈ) அதிகமாய் அமையப்பெற்ற வினைபுரி கூறுகள் (படம் 3-இ)

ஆகிய சிறப்பு பண்புகளால்,

(அ) மருத்துவத்துறையில் நோயுற்ற இடத்தினை சரியாய்க் கண்டறிந்து அந்த இடத்தில் மட்டும் மருந்தை உட்செலுத்தும் முறை, நீரில் மந்தமாய் கரையும் மருந்துகளின் கரைதிறனை அதிகரிக்க, புற்றுநோய் போன்றவற்றிற்கு சிறந்த மருந்தெடுத்துசெல்லும் கருவி மற்றும் பல வழிகளில் பயன்படுகின்றன.

(ஆ) வேதியியல் துறையில், மிகவும் கடினமான வினைகளை குறைந்த காலத்துள் நிகழ்த்தி விளைபொருளை எளிதில் கிடைக்கப்பெற வினையூக்கியாகவும் பயன்படுகிறது.

(இ) அசுத்தமான நீரிலோ அல்லது கடல் நீரை தூய்மைப்படுத்தும் முறையிலோ, பிரித்தெடுக்க கடினமான சில அயணிகளை உறிந்து நீரைத் தூய்மைப்படுத்த பயன்படுகிறது.

(ஈ) மேலும் இதன் பயன்கள், மின்னணு தொழிற்நுட்பம், நிறமாற்றிகள் உருவாக்கம், சென்சார் என நீண்டுகொண்டே போகின்றன.

ஒரு எளிய சிலிக்கா நுண்துளைபொருளை உருவாக்குதல் எப்படி?

ஒரு எளிய சிலிக்கா நுண்துளைபொருளை உருவாக்க, கரிம பல்கூட்டுமூலக்கூறு (organic polymer), சிலிக்காவின் மூலப்பொருள் (silica source), அமிலம் (acid) மற்றும் காய்ச்சி வடித்தநீர் (distilled water) ஆகியவை வேண்டும்.

முதலில், ஏறக்குறைய 4 கி அளவுக்கு கரிம பல்கூட்டுமூலக்கூறை காய்ச்சி வடித்தநீரில் கரைத்து, அதில் சற்று செரிவு குறைந்த (2N HCl) அமிலத்தை சேர்க்க வேண்டும். இப்பொழுது படம் 4-அ&ஆ ல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி கரைந்த அந்த கரிம பல்கூட்டுமூலக்கூறு, ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தில் தன்னைத்தானே ஒருங்கிணைத்துக்கொள்ளும் (self-assembly). அதில் சிலிக்காவின் மூலப்பொருளை (TEOS – tetraethyl orthosilicate) கலக்க வேண்டும் (படம் 4-அ & வினை 1-அ). அதனை இயக்க நிலையில் (stirring) 2 மணிநேரம் வைத்த பின்பு, மாறா நிலையில் 80 °C வெப்பநிலையுடன் அழுத்தப்பட்ட சுற்றத்தில் அமைக்க வேண்டும் (Hydrothermal treatment – இட்லி செய்வதற்கு நாம் பயன்படுத்தும் முறைதான்). அப்பொழுது அதிலுள்ள சிலிக்கா மூலக்கூறுகள் அமிலம் உதவியுடன் நீருடன் வினைபுரிந்து சிலிசிக் அமிலத்தை (silicic acid) உருவாக்கும் (வினை 1-ஆ, இ & ஈ). அந்த சிலிசிக் அமிலம் ஒன்றுடன் மற்றொன்று வினையாற்றி (வினை 1-உ), -Si-O-Si-O-Si- என்று கனிம பல்கூட்டு மூலக்கூறாய் மாறும் (படம் 4-இ). இந்த கனிம பல்கூட்டு மூலக்கூறு, முன்பே ஒரு வடிவாய் ஒருங்கிணைந்த கரிம பல்கூட்டு மூலக்கூறின் தளத்தின் மீது அமையப்பெறுகின்றன (படம் 4-இ&ஈ). பல்படியாக்கல் நிகழ்வு (polymerization) முடிந்தவுடன், வெண்ணிற பொடியாய் அடியில் தங்கும் நுண்துளைபொருளானது, வடித்து பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. பின், 60 °C ல் உலரவைக்கப்பட்டு, 550 °C ல் வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த அதிவெப்பநிலையில், அந்த பொருளிலிருந்து கரிம பல்கூட்டு மூலக்கூறு வெளியேற்றப்படுகிறது (படம் 4-ஈ & ‘ஞ’). அப்படி வெளியேற்றப்பட்ட இடத்தில், துளைகள் உருவாகின்றன (படம் 4 ல் ‘ட’). இதன் அளவு, 5-10 nm இருக்கும், எனவேதான் இவற்றை சிலிக்கா நுண்துளைபொருட்கள் (mesoporous silica) என்றழைக்கிறோம்.

படம் 4: ஒரு எளிய சிலிக்கா நுண்துளைபொருளின் உருவாக்கம்.

 வினை 1: சிலிக்கா மூலப்பொருளிருந்து, சிலிக்கா பல்கூட்டு மூலக்கூறு உருவாக்கம்.

இந்த நுண்துளைபொருளின் தோற்றத்தையும், துளையின் அளவையும், மற்ற பண்புகளையும், படம் 5ல் காட்டியுள்ளபடி எப்படி வேண்டுமானாலும் மாற்றியமைக்க முடியும். (வேதிவினையில்; அமிலத் தன்மை, சிலிக்கா மூலப்பொருள், கரிம பல்பொருள் மூலக்கூறு, கரைப்பான், வெப்பநிலை, போன்றவற்றில் மாற்றங்களை நிகழ்த்துகையில், நுண்துளைபொருளின் மேற்கூறிய பண்புகளிலும் மாற்றங்கள் நிகழ்கிறது.)

படம் 5: வினையின் அளபுருக்களில் மாற்றம் செய்யப்படும்பொழுது நுண்துளைபொருட்களில் ஏற்படும் பண்பு மாற்றம்.

நுண்துளைபொருட்கள் பற்றிய கூடுதல் தகவல்களுக்கு:

S Gandhi, S Venkatesh, U Sharma, NR Jagannathan, S Sethuraman, UM Krishnan. Superparamagnetic nanosystems based on iron oxide nanoparticles & mesoporous silica: synthesis & evaluation of their magnetic, relaxometric and biocompatability properties. Journal of Materials Chemistry 21 (39), 15698-15707, 2011.

S Gandhi, S Sethuraman, UM Krishnan. Synthesis, characterization and biocompatibility evaluation of iron oxide incorporated magnetic mesoporous silica. Dalton Transactions 41 (40), 12530-12537, 2012.

S Gandhi, K Thandavan, S Sethuraman, UM Krishnan. Investigation of the photodegradation properties of iron oxide doped mesoporous SBA-15 silica. Journal of Porous Materials 20 (5), 1009-1015, 2013.

S Gandhi, S Sethuraman, UM Krishnan. In-situ generation of large microporous skeleton in mesoporous silica framework using different dicarboxylic acids. Journal of Porous Materials DOI: 10.1007/s10934-013-9746-7, 2013.

S Gandhi, S Sethuraman, UM Krishnan. Heterogeneous mesoporous SBA-15 silica as catalyst towards the synthesis of various biodegradable aliphatic polyesters. Macromolecular Research, 21(8), 833-842, 2013.

S Gandhi, S Sethuraman, UM Krishnan. Influence of polyhydric solvents on the catalytic & adsorption properties of self-oriented mesoporous SBA-15 silica. Journal of Porous Materials 18 (3), 329-336, 2011.

S Gandhi, K Thandavan, BJ Kwon, HJ Woo, CH Kim, SS Yi, JH Jeong, KW Jang, DS Shin. Highly efficient warm white light emitting Eu2+ activated silicate host: Another fabulous work of mesoporous silica. Journal of Materials Chemistry C 2014, DOI: 10.1039/C4TC00711E.

S Gandhi, K Prem, K Thandavan, KW Jang, DS Shin, A Vinu. Synthesis of novel hierarchical mesoporous organic–inorganic nanohybrid using polyhedral oligomeric silsesquioxane bricks. RSC New Journal of Chemistry 2014, DOI: 10.1039/C4NJ00292J.

S Gandhi, K Thandavan, BJ Kwon, HJ Woo, SS Yi, HS Lee, JH Jeong, KW Jang, DS Shin. Mesoporous Silica: AHighly Promising and Compatible Candidate for Optical and Biomedical Applications.RSC Advances 4, 5953-5962, 2014.

V Viswanathan, G Murali, S Gandhi, P Kumaraswamy, S Sethuraman, UM Krishnan, Development of Thioflavin-modified Mesoporous Silica Framework for Amyloid Fishing. Microporous and Mesoporous Materials 06/2014, DOI: DOI:10.1016/j.micromeso.2014.05.045.

R Ravichandran, D Sundaramurthi, S Gandhi, S Sethuraman, UM Krishnan. Bioinspired hybrid mesoporous silica–gelatin sandwich construct for bone tissue engineering. Microporous and Mesoporous Materials 187, 53-62, 2014.

B Murugan, L Ramana, S Gandhi, UM Krishnan, S Sethuraman, Engineered chemoswitchable mesoporous silica for tumor-specific cytotoxicity. Journal of Materials Chemistry B 1 (28), 3494-3505, 2013.

R Ravichandran, S Gandhi, D Sundaramurthi, S Sethuraman, UM Krishnan. Hierarchical mesoporous silica nanofibers as multifunctional scaffolds for bone tissue regeneration. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 24(17), 1988-2005, 2013.

சக்திவேல்

https://sites.google.com/site/sakthivelgandhi/home

நீல-ஒளிஉமிழ் சில்லின் மூலம் ஒளிவிளக்குகளில் புதிய பரிணாமம் படைத்த சப்பானிய அறிவியலாளர்களும், அவர்களுக்கு கனிந்த இந்த ஆண்டின் இயற்பியலுக்கான நொபெல் பரிசும்:

நொபெல் பரிசின் வரலாறு:

ஆல்ஃப்ரெட் நொபெல் (Alfred Nobel) என்பவர் 1833 முதல் 1896 வரை வாழ்ந்த சுவீடன் நாட்டைச் சேர்ந்த தொழிலதிபர் (அறிவியலாளர் என்றுகூட வைத்துக்கொள்ளலாம்). அவருக்கு, சுவீடன் நாட்டில் தான் ஈடுபட்டுக்கொண்டிருந்த 'பாலங்கள் உருவாக்கும்' வேலைக்களுக்கு பல கடினமான, இயந்திரங்களாலும் நகர்த்த முடியாத பாறைகள் அவருக்கு பெரும் பின்னடைவைக்கொடுத்தது. அதை எப்படி எளிதில் அகற்றுவது என்று எண்ணிய நொபெல், வெடிபொருளைப்பற்றி ஆய்வுகள் மேற்கொள்ள துவங்கினார். அவரின் ஆய்வில் ஒன்றாய், நைட்ரோ கிளிசரின் மற்றும் நைட்ரோ செல்லுலோசு என்ற இரண்டு எளிதில் வெடிக்கக்கூடிய பொருளைக்கொண்டு, பாலிசுடைட் (Ballistite) என்ற 'புகையை வெளிப்படுத்தாத வெடிபொருட்கள் பலவற்றை தற்பொழுது வரை உருவாக்க பயன்படும் மூலப்பொருளை' தன் ஆய்வின் மூலம் உருவாக்கினார். மேலும் இவரின் வெடிபொருளின் மீதான தாகம், டைனமைட் (படம் 1) என்றொரு நைட்ரோ செல்லுலோசு வகையைச் சேர்ந்த, மிகவும் பலம் மிக்க வெடிபொருளை உருவாக்கும் அளவுக்கு இழுத்துச்சென்றது. ஆனால் இந்த கண்டுபிடிப்புகள் அனைத்தும், பெரும் மனிதஇன அழிப்பிற்காய் பயன்படுமென அவர் அப்பொழுது அறிந்திருக்கவில்லை என்பது நகைப்பிற்குறியதுவே. இருந்தும், அவர் 1894ம் ஆண்டில் போஃபர்சு (Bofors) என்ற இரும்பு மற்றும் எஃகு தொழிற்சாலையை விலைக்கு வாங்கி, அதன் மூலம் பலவித ஆயுத தடவாளங்கள் செய்யப்பட்டு, உலகம் முழுவதும் விற்க, அளவில்லா செல்வம் அவரை வந்தடைந்தது (இந்தியா, அங்கிருந்து பீரங்கிகள் வாங்கியதில் ஊழல் நடைபெற்றது எனவும், அதற்கு போஃபர்சு பீரங்கி ஊழல் என பெயரிடப்பட்டதையும் நாம் அறிவோம்). இவ்வாறு சேர்க்கப்பட்ட அளவில்லா பணத்தினையும், பொருளையும் வைத்து, 1895ம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்டதே இந்த நொபெல் பரிசு. இதன்படி, 1901ம் ஆண்டு முதல் இயற்பியல், வேதியியல், மருத்துவம், கலை மற்றும் அமைதி போன்ற துறைகளில் மிக அறிய சாதனைகளை செய்பவர்களுக்காய் வழங்கப்படுகிறது. மேலும், இதில் 1968ம் ஆண்டு முதல் பொருளாதாரத் துறையும் இணைத்துக்கொள்ளப்பட்டது.

இதில் முக்கியமாய், 1905ம் ஆண்டுடன் ஒன்றிணைந்த சுவீடனிடமிருந்து, நார்வே உறவை முறித்துக்கொள்ளவே, அன்றிலிருந்து நார்வே அமைதிக்கான பரிசையும், சுவீடன், ஏனைய துறைகளுக்கான பரிசையும் தேர்ந்தெடுக்கின்றன. (தமிழீழத்திற்கும், இலங்கைக்கும் இடையே அமைதி நிலவவேண்டுமென, நார்வேதான் தூதுவாய் அமைந்தது என்பதை நினைவிற்கொள்க).

படம் 1: நொபெல் உருவாக்கிய டைனமைட் வெடிபொருள், (அ) எளிதில் வெடிப்பதிலிருந்து காக்கும் பாதுகாப்பு பூச்சு, (ஆ) நைட்ரோகிளிசரின் உறிஞ்சப்பட்ட மரத்தூள்கள், (இ) வெடிக்கவைக்க பயன்படும் வெடிப்புவெளி, (ஈ) வெடிப்பு வெளியை இயக்கும் இணைப்பு.

இயற்பியலுக்கான நொபெல் பரிசு:

அறிவியலில், வேதிப்பொருட்களைப் பற்றி படிக்க பயன்படும் வேதியியல், உயிருள்ள பொருட்களைப்பற்றி படிக்க பயன்படும் உயிரியல் என பல்வேறுபட்ட பிரிவுகள் இருந்தாலும், அதற்கெல்லாம் மூலம் இந்த இயற்பியல்தான் என 'அதுநுண்ணணுவியலைப் (Nanotechnology)  பற்றி முதன்முதலாய் குறிப்பிட்ட ரிச்செர்டு ஃபெய்மென் (Richard Feynman)' என்ற அறிவியலாளர் அடிப்படை ஆதாரங்களுடன் மெய்ப்பிக்கிறார். இப்படிப்பட்ட புகழுக்குரிய ’இயற்பியல்’ துறையில் 1901ம் ஆண்டு துவங்கி, இந்த ஆண்டு (2014) வரை சரியாக 108 நொபெல் பரிசுகள் கொடுக்கப்பட்டிருகின்றன. இதில், 1916, 1931, 1934, 1940, 1941 மற்றும் 1942ம் ஆண்டுகளில், இத்துறையில் பரிசு அறிவிக்கப்படவில்லை. இதுவரையில் கொடுக்கப்பட்ட பரிசுகளில் 47 பரிசுகள் தனி நபருக்கும், 31 பரிசுகள் இருவர் அடங்கிய குழுவுக்கும், 30 (இந்த ஆண்டு-2014 உள்ளடக்கி) பரிசுகள் மூவர் அடங்கிய குழுவுக்கும் வழங்கப்பட்டிருக்கின்றன. 

இதுவரை இயற்பியலில் நொபெல் பரிசு பெற்றவர்களில், ‘4’ குடும்பங்களில் இருந்து அப்பா, மகன் என இருவரும் அடங்குவர். இதை தவிர்த்து, மிகவும் சிறப்பானது என்றால் அது தம்பதிகளான மேரி க்யூரி மற்றும் ப்யூரி க்யூரி பெற்ற பரிசுதான், இதுமட்டுமன்றி அவர்களின் மகளான ஜோலியட் க்யூரியும், மருமகன் ஃப்ரடெரிக்கும் வேதியியலுக்காய் நொபெல் பரிசு பெற்றிருக்கிறார்கள் என்பது கூடுதல் தகவல். அவர்கள் குடும்பத்திலிருந்து மட்டும் 5 பரிசுகள் பெற்றிருக்கிறார்கள் (ப்யூரி க்யூரி மற்றும் மேரி க்யூரி இணைந்து இயற்பியலுக்காய் ஒன்றும், மேரி க்யூரி மட்டும் வேதியியலுக்காய் ஒன்றும், ஜோலியட் க்யூரியும் மற்றும் ஃப்ரடெரிக்கும் இணைந்து வேதியியலுக்காய் ஒன்றும்) இதற்கு கொடுக்கப்படும் பரிசுத்தொகை எவ்வளவு தெரியுமா?, 8 மில்லியன் சுவீடிசு கொரோனா, இதை இந்திய ரூபாயில் சொல்ல வேண்டுமானல் ரூ. 68149591....!!

இவ்வாண்டு, இயற்பியலுக்கான நொபெல் பரிசை மூன்று சப்பானிய அறிவியலாளர்கள் பகிர்ந்துகொள்கிறார்கள். அவர்களின் பெயர்கள் முறையே, 

இசமு அக்கசகி (Isamu Akasaki), 

கிரோசி அமனோ (Hiroshi Amano) மற்றும் 

சுசி நக்கமுரா (Shuji Nakamura). 

இந்த பரிசு, இவர்கள் உருவாக்கிய நீல-ஒளிஉமிழ் சில்லுக்காக வழங்கப்பட்டது.

நீல-ஒளிஉமிழ் சில்லு கண்டுபிடிப்பின் முக்கியத்துவம்:

நாம் முன்பு “ஒளிஉமிழும் சில்லு (LED): ஒளி மங்கிய டங்ஸ்டன் பல்புகள் மாற்றப்படுவதற்கான நேரம்” மற்றும் “ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து (LED) வெவ்வேறு நிறங்கள் சாத்தியமா? சாத்தியமாக்கும் கதைநாயகனாக நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள் (Phosphors)” ஆகிய தலைப்புகளின்கீழ் அலசியபடி, மனிதபுலன்களுக்கு ஏற்றதாய் விளங்கும் வெண்ணிற ஒளியை உமிழும் சில்லு உருவாக்கத்திற்கு அடிப்படையாய் அமைவதும் இந்த நீல-ஒளிஉமிழ் சில்லுதான்.

படம் 2: இயற்பியலில் 2014ம் ஆண்டுக்கான நொபெல் பரிசு பெற்றுத்தந்த நீல-ஒளிஉமிழ் சில்லின் வரைபடம். (அ) நேர்மின்புலம், (ஆ) எதிர்மின்புலம், (இ) மின்னிணைப்பு, (ஈ) சஃப்பையர் (நீலமாணிக்க கல் என்று, ராசிக்காக நம்மவர்களால் அணியப்படும் கல்) என்ற பொருளால் செய்யப்பட்ட அடித்தளமூலக்கூறு, (உ) காலியம் நைட்ரைடு (GaN) அடுக்கு, (ஊ) n-வகை GaN குறைக்கடத்தி, (எ) n-வகை அலுமினியம் காலியம் நைட்ரைடு (AlGaN) குறைக்கடத்தி, (ஏ) துத்தனாகம் (Zn) கொண்டு செறிவூட்டப்பட்ட இண்டியம் காலியம் நைட்ரைடு (InGaN), (ஐ) p-வகை AlGaN குறைக்கடத்தி, (ஒ) p-வகை GaN குறைக்கடத்தி, (ஓ) p-சந்தி (நேர்மின்புலம்) மற்றும் (ஒள) n-சந்தி (எதிர்மின்புலம்).

நமது முதுமக்கள் பயன்படுத்திய, ஒரு ‘எண்ணெய் விளக்கிலிருந்து’ வரும் ஒளியானது 0.1 லுமென்சு/வாட் (lm/W) அளவு ஒளிரும் தன்மைகொண்டது எனக் கணக்கிடப்படுகிறது. அதேபோல், ஒரு வெப்ப ஒளிரி 16 lm/W ம், உடனுமிழ் ஒளிரி 70 lm/W ம் வெளிப்படுத்தக்கூடியது. அதுவே, ஒளிஉமிழ் சில்லை எடுத்துக்கொண்டால், அது 300 lm/W அளவுக்கு ஒளிரக்கூடியது. மேலும் இதற்கு தேவையான மின்சாரம் மற்றதை விட மிகவும் குறைவு. இதன் ஆயுட்காலமும் மிகமிக அதிகம் (வெப்ப ஒளிரியை விட 100 மடங்கும், உடனுமிழ் ஒளிரியை விட 10 மடங்கும் அதிகம்). இதன் மூலம் ஒளிஉமிழ் சில்லிற்காய், நொபெல் பரிசு கொடுக்கப்பட்டமையின் முகாந்திரத்தை அறிந்துகொள்ளமுடியும். 

சக்திவேல்

(https://sites.google.com/site/sakthivelgandhi/home)

ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து (LED) வெவ்வேறு நிறங்கள் சாத்தியமா? சாத்தியமாக்கும் கதைநாயகனாக நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள் (Phosphors):

(க) முன்னுரை:

இவ்வறிவியல் கட்டுரையை, ஒரு ஒப்பீட்டு அட்டவணையுடன் துவங்கினால் சிறப்பாய் அமையும். கீழ்காணும் அட்டவணையானது, ஒரு குறிப்பிட்ட ஒளிரும் திறனை விளக்குகளில் இருந்து பெறுவதற்கு பழமையான வெப்பஒளிரிக்கும், ஒளிஉமிழ் சில்லுக்கும் எவ்வளவு மின்திறன் தேவையென்பதை விளக்குகிறது. இதன் மூலம், ஒளிஉமிழ் சில்லின் தேவையும், இன்றியமையாமையும் நமக்கு புலப்படும்.

அட்டவணை 1: குறிப்பிட்ட மின்திறனில் விளக்கு ஒளிர்வதற்கு தேவையான மின் ஆற்றலுக்கான ஒரு ஒப்பீட்டு தொகுப்பு.

மின்திறன் (லுமென்ஸ்-lm)	வெப்ப ஒளிரி (Incandescent)	ஒளிஉமிழ் சில்லு (LED)
2600 lm	150 W	25-28 W
1600 lm	100 W	16-20 W
1100 lm	75 W	9-13 W
800 lm	60 W	8-12 W
450 lm	40 W	6-9 W

குறிப்பிட்ட நிற கண்ணாடிகளை பயன்படுத்தி, நமக்குத் தேவையான நிற ஒளிகளை, வெப்ப ஒளிரிகளிடமிருந்து பெற இயலும். ஆனால், பல்வேறுபட்ட சிறப்புகளுடைய அந்த ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து நாம் விரும்பும் குறிப்பிட்ட நிறங்களை பெறுவது என்பது சாத்தியமற்றது. எனவே, ஒளிஉமிழ் சில்லிலிருந்து வரும் ஒரே வகையான நிறமுடைய ஒளியை, நிறமாற்றி உமிழ்வான்களின் உதவியுடன், வேறொரு நிறமாக மாற்றி நாம் விரும்பும் வண்ணசூழலை உருவாக்க முடியும் (படம் 1).

 படம் 1: ஒரே அலைநீள ஒளியை உறிந்து, வெவ்வேறு நிறங்களை வெளிப்படுத்தும் நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள். (அ & இ) இயல்பான ஒளியில் அதன் பிம்பம்; (ஆ & ஈ) புற ஊதா ஒளியில், அதாவது 256 nm அலைநீளத்தில் அதே நிறமாற்றி உமிழ்வான்களின் பிம்பம். 

(உ) அடிப்படை தொழில்நுட்பம்:

நிறமாற்றி உமிழ்வான் என்பது ஒளிர்வான் (Luminescence) வகையை சேர்ந்ததே. இன்னும் குறிப்பிட்டு சொல்லப்போனால், ‘உடனுமிழ் ஒளிர்வான்’ தத்துவத்தின் அடிப்படையில் செயல்படுவது எனலாம்.

ஒளிர்வானை அதன் ஒளிரும் திறனைப்பொருத்து இரண்டு முக்கிய பிரிவுகளாக பிரிக்கலாம்,

உடனுமிழ் ஒளிர்வான் (Fluorescence)

காலம்தாழ்துமிழ் ஒளிர்வான் (Phosphorescence)

(உ.க) உடனுமிழ் ஒளிர்வான் (Fluorescence)

படம் 2(க) ல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு பருப்பொருளின் மீது ஒளியை பாய்ச்சும்பொழுது, அது தனக்கான பண்புகளின் அடிப்படையில் ஒளியை உறிந்து, உடனே அதனை உமிழ்ந்துவிடும் நிலைக்கு பெயர்தான் உடனுமிழ் ஒளிர்வான். இந்த நிகழ்வானது, ஒளிகற்றைகள் அந்தப் பருப்பொருளில் படும் வரைதான் நிகழும். ஒளிபடுவதை நிறுத்திவிட்டால், ஒளிர்வதையும் நிறுத்திக்கொள்ளும்.

எடுத்துக்காட்டாய் நாம் சாலையில் ஏதேனும் உந்துவண்டிகளில் பயணிக்கும்பொழுது, அவ்வண்டியின் முகப்புவிளக்கொளி பட்டவுடன், மிகவும் அதிக வெளிச்சத்துடன் ஒளிரும் சாலையோர தகவல் பலகைகளை சொல்லலாம்.

படம் 2: உடனுமிழ் மற்றும் காலம்தாழ்த்துமிழ் ஒளிர்வான்களின் தத்துவார்த்த செயல்பாடுகள்.

(உ.௩) காலம்தாழ்துமிழ் ஒளிர்வான் (Phosphorescence)

அதேபோல் (படம் 2(ங)) ஒரு பருப்பொருளின் மீது பாய்ச்சப்பட்ட ஒளியானது, அப்பொருளுக்கான பண்புகளின் அடிப்படையில் அவ்வொளிக்கற்றைகளை உறிந்து, உடனே அதனை உமிழ்ந்து விடாமல், சிறிது காலம் தாழ்த்தி உமிழ்வதுவே, காலம்தாழ்துமிழ் ஒளிர்வானின் பண்பு. உடனுமிழ் ஒளிர்வானில் இல்லாத ஒன்றாக, இதன் கூடுதல் சிறப்பு என்னவென்றால், ஒளிக்கற்றைகளை பாய்ச்சுவதை நிறுத்தியபின்பும் கூட, ஒளிஉமிழும் பண்பை பெற்றிருத்தல் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டாய், நாம் ரேடியம் வாட்ச் என சொல்லிக்கொள்ளும், இருளில் ஒளிரும் கடிகாரங்களை கூறலாம். அந்த இருளில் ஒளிரும் தன்மையானது இது போன்ற காலம்தாழ்த்தி உமிழ்ந்து ஒளிர்வான் பண்புகொண்ட பொருளால்தான் உருவாக்கப்படுகிறது. அந்த கடிகாரத்தில் தடவப்பட்ட காலம்தாழ்த்தி உமிழ்ந்து ஒளிரும் பொருளானது, தன் மீது ஒளிபடும்பொழுது அதனை உறிந்துகொண்டு, சிறிது காலம் தாழ்த்தி அதனை உமிழும். இதுவே அதன் இருளில் ஒளிரும் தன்மைக்கான காரணம் மற்றபடி இதில் ரேடியம் கிடையாது, ரேடியம் என்பது கதிரியக்கம் கொண்ட ஒரு தனிமம். அதனை கடிகாரத்திற்குளோ அல்லது வேறுமாதிரியான பொதுபயன்பாட்டிற்கோ உட்படுத்த முடியாது.

மேற்படி பார்க்கப்பட்டவைகளில், உடனுமிழ் ஒளிர்வான் தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையிலேயே, இந்த நிறமாற்றிகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

(௩) நிறமாற்றி உமிழ்வான்களின் வகைகள்:

ஒளிஉமிழும் சில்லில் பயன்படுத்தப்படும் நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை உருவாக்க தேவைப்படும் மூலப்பொருட்களைப் பொருத்து அதனை மூன்று வகைகளாக பிரிக்கலாம்,

(௩.க) கரிமப்பொருட்களையும் (Organic), பல்கூட்டு மூலக்கூறுகளையும் (polymer) பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும், கரிமவேதி நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள் (Organic Phosphors)

(௩.உ) அரியவகைத் தனிமங்கள் (Rare-Earth Elements) எனக்கூறப்பெறும் உள் இடைநிலைத்தனிமங்கள் (f-Block Elements) பொதிக்கப்பட்ட (Doping) கனிம படிகங்களை பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும், கனிமவேதி நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள் (Inorganic Phosphors)

(௩.௩) அணுஒத்த மூலக்கூறு நிறமாற்றி உமிழ்வான்கள் (Quantum Dots Phosphors)

(௪) நிறமாற்றி உமிழ்வான்களின் முக்கியத்துவம்:

செயற்கை எனும் சொல்லாடலை அறிந்திருக்கும் முன்னரே, பல கோடி ஆண்டுகளாக இயற்கை ஒளி நல்கும் கதிரவனையே பார்த்து பழகிவிட்ட நம் கண்கள், இப்பொழுதும் அவ்வெண்ணொளியையே விரும்புகின்றது. மேலும், வெண்நிறமானது, பலநிறங்களின் சேர்க்கையாய் அமைவதால், அது நம்மின் புலன்களுக்கு ஏதுவாயும் அமைகிறது. அப்படிப்பட்ட வெண்ணிறத்தை நாம் நேரடியாய் ஒளிஉமிழும் சில்லில் இருந்து பெற இயலாது. இப்படிப்பட்ட நிலையில்தான் நமக்கு தேவையான நிறங்களை பெறும் பொருட்டு நிறமாற்று ஒளிர்வானின் தேவை உருவானது.

பெரும்பாலும், வெண்ணொளிகளை பெறுவதற்கு பல முறைகள் கையாளப்படுகின்றன,

(௪.க) ஒளிஉமிழ் சில்களை மட்டும் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும் வெண்ணொளி:

சிவப்பு, பச்சை மற்றும் நீல நிற ஒளிஉமிழும் சில்களை ஒன்றாக இணைத்து வெள்ளை நிறத்தைப் பெறுவது (படம் 3). ஆனால் இதில் ஒவ்வொரு சில்லுக்கும், வெவ்வேறு மின்திறன் தேவைப்படுவதால், இதன் பயன்பாடு தரமான வெண்ணிற ஒளி உற்பத்திக்கு அவ்வளவு வெற்றியை பெற்றுத்தரவில்லை.

படம் 3: (அ) சிவப்பு-R, (ஆ) பச்சை-G மற்றும் (இ) நீள-B நிறங்களை வெளிப்படுத்தும் ஒளிஉமிழ் சில்களை ஒன்றாக இணைத்து பெறப்படும் வெண்ணொளி (ஈ). 

(௪.உ) நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை (Phosphors) பயன்படுத்தி வெண்ணொளியைப் பெறுதல்:

(௪.உ.க) ஒரு நிறத்தை வெளிப்படுத்தும் ஒளிஉமிழும் சில்லை பயன்படுத்தி, அதன் மீது அந்த ஒரு நிறத்தை மட்டும் உறிந்து, முறையே சிவப்பு, பச்சை மற்றும் நீல (RGB) நிறங்களாய் மாற்றும் நிறமாற்று உமிழ்வான்களின் கலவைகளை பயன்படுத்துதல் (படம் 4-க). இதுவும் பல வகை இடையூறுகளால் தேவையான வெண்ணிறத்தை பெறுவதில் சிக்கலை உருவாக்குகிறது.

(௪.உ.உ) கரிம-நிறமாற்றி உமிழ்வான், குவாண்டம் டாட்ஸ் போன்றவைகளின் பயன்பாடு. ஆனால் இதன் வெப்பத்தினால் உருவாகும் நிறத்தணிக்கை, இப்பொழுதையநிலையில் இதனையும் பயனற்றதாக்கிவிடுகிறது.

படம் 4: (க) ஆ-நீலம், இ-பச்சை மற்றும் ஈ-சிவப்பு நிறங்களை வெளிப்படுத்தும் நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை அ-ஒளிஉமிழ் சில்லின் மீது பொதித்து, அதன் மூலம் வெண்ணொளியைப் பெறுதல்; (ங) மஞ்சள் நிறத்தை உமிழும் ஊ-YAG:Ce³⁺ எனும் நிறமாற்றி உமிழ்வானை, அ-நீல நிற ஒளிஉமிழ் சில்லின் மீது பொதித்து அதன் மூலம் வெண்ணொளியைப் பெறுதல். 

(௪.உ.௩) நீல நிற ஒளிஉமிழும் சில்லில், மஞ்சள் வண்ணத்தை வெளிப்படுத்தும் ‘நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை’ பயன்படுத்துதல் (படம் 4-ங). இந்த வகைதான், நாம் தற்பொழுது வீடுகளிலும், அலுவலகங்களிலும் பயன்படுத்திவரும் வெண்ணொளி உமிழும் சில்லுகள். இதில் பயன்படுத்தப்படும் சில்லிலிருந்து வரும் நீலநிறமும், அந்நீல நிறத்தை உறிந்து ‘நிறமாற்றி உமிழ்வான்களிலிருந்து’ வெளிப்படும் மஞ்சள் நிறமும் இணைந்து உருவாகுவதே இந்த வெள்ளை நிறம்தான். இதில், மஞ்சள் நிற ‘நிறமாற்றி உமிழ்வானாக’ சீரியத்தால் (Ce³⁺) செரிவூட்டப்பட்ட யுட்ரியம் அலுமினியம் கார்னேட் (YAG) எனும் வேதிப்பொருள்தான் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆனால் இந்த YAG:Ce³⁺ லும், பலவகையான குறைகள் இருக்கவே செய்கின்றது. அதில் முக்கியமாய், உமிழப்படும் மஞ்சள் நிறத்தில் பச்சை நிறம் அதிகம் கலந்திருப்பதாலும், போதுமான சிவப்பு நிற குறைபாட்டாலும், நீல ஒளிஉமிழும் சில்லுடன் இணைந்து இதிலிருந்து வெளிப்படும் நிறமானது தண்மையான வெள்ளை நிறமாய் (cold-white light) அமைந்துவிடுகிறது. ஆனால், மனிதனின் கண்கள் உட்பட அனைத்து புலன்களுக்கும் வெம்மையான வெள்ளை நிறமே (warm-white light) இதமாய் அமைகிறது.

இவற்றிற்கு மாற்றாய், வெம்மையான வெள்ளை நிறத்தை கொணரும் பொருட்டு தேவையான அளவும் ‘அதிக அலைநீளம் கொண்ட சிவப்பு நிறம்’ கலந்த மஞ்சள் நிறத்தை கொடுக்கவல்ல ‘நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை’ உருவாக்க, உலக அரங்கில் பலவிதமான ஆராய்ச்சிகள் நிகழ்ந்தபடியாய் உள்ளது.

(௫) சிவப்பு நிறத்தை உள்ளடக்கிய மஞ்சள் நிறத்தை கொடுக்கும் ஒளிமாற்றி உமிழ்வான்கள்:

சிவப்பு நிறத்தை தேவைக்கேற்ப உள்ளடக்கி, மஞ்சள் நிறத்தை கொடுக்கும் ‘ஒளிமாற்றி உமிழ்வான்களை’ பெரும்பாலும் “அரியவகைத் தனிமங்கள் (Rare-Earth Elements) எனக்கூறப்பெறும் உள்-இடைநிலைத்தனிமங்கள் (f-Block Elements) பொதிக்கப்பட்ட (Doping) கனிம படிகங்களை பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும், கனிமவேதி நிறமாற்றிகள் (Inorganic Phosphors) (௩.உ) ” மூலம் பெறப்படுகின்றன.

தன்னுடைய உறியும் மற்றும் உமிழும் நிறமாலைப்பண்புகளானது (Absorption and Emission Spectral Properties) அகன்ற அலைவரிசையில் (Broad Bands) அமையப்பெற்றதால், Eu²⁺ அயனியானது ஒரு சிறந்த செரிவூட்டப் பயன்படும் கருவியாய் ‘நிறமாற்றி உமிழும்’ பொருட்களில் பயன்படுகிறது.

இந்த பண்பிற்கு மிகமுக்கியக் காரணமாய் அமைவது அதன் எதிர்மின்னயனி 4f⁷ என்ற இயல்பு நிலையிலிருந்து (Ground State) (இ), 4f⁶5d¹ என்ற கிளர்வுற்ற நிலைக்கு (Excited State) (ஈ) பயணிப்பதால்தான். இப்படியாய் பயணிப்பதற்கான ஆற்றலை அது ‘அகன்ற அலைவரிசையில்’ உறிந்துகொள்கிறது (உ). மீண்டும், அந்த நிலைப்பு தன்மையற்ற கிளர்வு நிலையடைந்த எதிர்மின்னயனியானது மீண்டும் இயல்பு நிலைக்கு திரும்பும்பொழுதும் ‘அகன்ற அலைவரிசையில்’ நிறங்களை உமிழுகிறது (எ).

படம் 5: ஈரோப்பியம் (Eu²⁺) அயனியின் ஒளிஉமிழ்வுக்கான காரணத்தை விளக்கும் படம். (அ) இயல்புநிலை, (ஆ) கிளர்வுற்ற நிலை, (இ) இயல்பு நிலையிலுள்ள எதிர்மின்னயனி-4f⁷, (ஈ) எ-இல் காட்டப்பட்டுள்ள படி அகன்ற அலைவரிசையில் ஒளியை உறிந்து (உ) கிளர்வுற்ற நிலையடையும் எதிர்மின்னயனி-4f⁶5d¹ (ஆ) பின் அதனை அதே அகன்ற அலைவரிசையில் ஒளியை உமிழ்ந்து (ஊ) இயல்பு நிலைக்கு திரும்பும் எதிர்மின்னயனி.

இப்படிப்பட்ட பண்புகளுடைய Eu²⁺ அயனிகளைக்கொண்டு, சிலிக்கேட், நைட்ரேட், ஆக்சிநைட்ரேட், அலுமினேட், சல்ஃபேட், மற்றும் பல்வேறுபட்ட கனிம படிகங்களை (inorganic crystals) செரிவூட்டுவதன் மூலம் நாம் பல்வேறு பண்புகளுடைய ‘நிறமாற்றி உமிழ்வான்களை’ உருவாக்கமுடியும்.

சக்திவேல்

(https://sites.google.com/site/sakthivelgandhi/home)