शोधकर्ताओं ने एक नया पदार्थ विकसित किया है जिसमें फेरेक्रिस्टल जो कि मिसफिट परतदार यौगिकों का एक विशिष्ट वर्ग है, में मुड़ी हुई परतें डालकर अपशिष्ट ऊष्मा को ऊर्जा में अत्यधिक कुशल रूप से परिवर्तित करने की क्षमता है। वह पदार्थ जिसमें असाधारण रूप से उच्च थर्मोइलेक्ट्रिक फिगर ऑफ मेरिट (किसी पदार्थ के थर्मोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन का माप) है, जब दो से अधिक होता है तो जबरदस्त ऊष्मा अवरोधक के रूप में कार्य कर सकता है और थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा रूपांतरण के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ रखता है, एक ऐसी प्रक्रिया जो रासायनिक, थर्मल, स्टील प्लांट, पेट्रोलियम रिफाइनरियों और वाहनों के निकास में औद्योगिक प्रक्रियाओं जैसे स्रोतों से अपशिष्ट ऊष्मा को पकड़ती है और उसे बिजली में परिवर्तित करती है।

दो-आयामी (2डी) सुपरलैटिस सामग्री, दो या अधिक अलग-अलग संरचनाओं की वैकल्पिक परतों से बनी होती है, जिन्हें परमाणु स्तर पर तैयार किया जाता है, जिसमें प्रत्येक परत आमतौर पर केवल कुछ परमाणुओं की मोटाई वाली होती है। विभिन्न 2डी सामग्रियों के आवधिक स्टैकिंग से अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों वाली एक नई सामग्री बनती है जो मूलतः उस सामग्री के परतों में मौजूद नहीं होती है।

मिसफिट लेयर्ड कम्पाउंड्स (एमएलसी), 2डी प्राकृतिक सुपरलैटिस संरचित सामग्रियों का एक दिलचस्प उदाहरण है, जिसमें कम से कम दो या अधिक आवधिक रूप से खड़ी स्वतंत्र परतें होती हैं, जिसमें एमएलसी में दो परतों के दोहराए जाने वाले पैटर्न में अंतर के कारण एक दिशा में संरेखण नहीं होता है।

इस मिसअलाइनमेंट के कारण दो परतों के बीच 'मिसफिट' होता है। स्टैकिंग दिशा के साथ कमज़ोर बॉन्डिंग प्रदर्शित करने के बावजूद, फेरेक्रिस्टल के रूप में जाना जाने वाले एमएलसी के एक अनूठे वर्ग में परतों (घूर्णन विकार) के बीच घुमाव की उपस्थिति, गर्मी के परिवहन को काफी हद तक बाधित कर सकती है, जिससे किसी भी सामग्री में गर्मी की लहरें प्रभावी रूप से अवरुद्ध हो जाती हैं। फेरेक्रिस्टल की यह विशेषता उन्हें थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा रूपांतरण के लिए विशेष रूप से दिलचस्प बनाती है, जो अपशिष्ट ऊष्मा को बिजली में परिवर्तित कर सकती है।

हालांकि, इन फेरेक्रिस्टल्स को ठोस अवस्था मैट्रिक्स में नैनो संरचनाओं के रूप में समाहित करना सिंथेटिक रसायन विज्ञान और पदार्थ विज्ञान में एक कठिन कार्य और बड़ी चुनौती हो सकती है, लेकिन इससे थर्मोइलेक्ट्रिक प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति हो सकती है और वर्तमान पदार्थ संश्लेषण तकनीकों की सीमाओं को आगे बढ़ाया जा सकता है।

हाल ही में एक शोध पत्र में, प्रोफेसर कनिष्क बिस्वास, उनकी पीएचडी छात्रा, जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड साइंटिफिक रिसर्च (जेएनसीएएसआर) बेंगलुरु, जो विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग, भारत सरकार के तहत एक स्वायत्त संस्थान है, में न्यू केमिस्ट्री यूनिट की सुश्री वैशाली तनेजा, और अन्य शोध दल के सदस्यों ने एन-टाइप हैलाइड डोपिंग के साथ बल्क एसएनएसई के अंदर नैनोस्केल क्षेत्र के रूप में फेरेक्रिस्टलाइन इंटरग्रोथ को संश्लेषित किया है, जिसके परिणामस्वरूप ठोस अवस्था एसएनएसई मैट्रिक्स में नैनोस्ट्रक्चर के रूप में एसएनएसई-टीएएसई₂ फेरेक्रिस्टल का स्थिरीकरण हुआ है जो जबरदस्त गर्मी अवरोधकों के रूप में कार्य करता है। थर्मोइलेक्ट्रिक फिगर ऑफ मेरिट 2.3 प्राप्त किया गया है।

जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित यह अध्ययन , एन-टाइप एसएनएसई पॉलीक्रिस्टल्स में उच्च प्रदर्शन हासिल करने की दिशा में आगे का रास्ता होगा । यह पुष्टि करने के लिए कि इच्छित इंटरग्रोथ नैनोस्ट्रक्चर वास्तव में बन गए हैं, टीम नेआईआईएससी, बेंगलुरु के प्रोफेसर एन. रविशंकर के साथ मिलकर उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) और हाई-एंगल एनुलर डार्क-फील्ड स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचएएडीएफ़-एसटीईम) विश्लेषण किया, जिसमें एसएनएसई के हर 7 बाईलेयर के बाद टीएएसई₂ परतों की मौजूदगी का पता चला। इसके अलावा, उन्होंने फेरेक्रिस्टल्स में मौजूद व्यापक घूर्णी विकार की उपस्थिति को दिखाया है जिसमें एसएनएसई और टीएएसई₂ सबलैटिस दिशा (सी एक्सिस) के चारों ओर मुड़ जाते हैं (घुमाए जाते हैं)

एक योजनाबद्ध और एचएएडीएफ़-एसटीईम छवि फेरेक्रिस्टलाइन अंतर्वृद्धि को दर्शाती है जिसके परिणामस्वरूप टीए और बीआर सह-डोप्ड एसएनएसई में अल्ट्राहाई थर्मोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन होता है।

 

वैशाली तनेजा (बाएं) और कनिष्क विश्वास (दाएं), जेएनसीएएसआर, बैंगलोर

एमजी/केसी/पीएस

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