शोधकर्ता पुरानी मिट्टी में पहली दरार के उभरने के सटीक समय का सटीक अनुमान लगाने में सक्षम हो गए हैं। उनका शोध खून और पेंट जैसी सूखने वाली कोलाइडल परतों के अन्य रूपों पर भी लागू होता है - एक ऐसी जानकारी जो रोग निदान, रक्त की सूखने वाली बूंदों का निरीक्षण करके एनीमिया जैसी स्थितियों का निदान, फोरेंसिक तथा पेंटिंग के रेस्टोरेशन और कोटिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले पेंट की गुणवत्ता में सुधार करने में मदद कर सकती है।

मिट्टी, प्राकृतिक मिट्टी का प्रमुख घटक, का इस्तेमाल पेंट और कोटिंग्स तैयार करते समय एक संशोधक के रूप में किया जाता है। सूखने की स्थिति में, कोलाइडल मिट्टी के लटकने और चिकनी मिट्टी सूखने से होने वाले तनाव के चलते फट जाती है। यहां तक ​​कि जब सूखने को दबा दिया जाता है, तब भी जलीय मिट्टी का लटकना अपनी तन्यकता और चिपचिपाहट के साथ भौतिक उम्र बढ़ने की झलक देता है, जो समय के साथ लगातार बढ़ता जाता है क्योंकि मिट्टी के कण समय-निर्भर अंतर-कण स्क्रीन इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के कारण जैल जैसे नेटवर्क में अपने आप इकट्ठे होते हैं।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट (आरआरआई) में पदार्थ विज्ञान का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं ने पहली दरार के आने के समय, फ्रैक्चर ऊर्जा (जो प्लास्टिक अपव्यय और संग्रहीत सतह ऊर्जा का योग है) और सूखने वाली मिट्टी के नमूने की तन्यकता के बीच एक संबंध प्रस्तावित किया है, जो पहली दरार की भविष्यवाणी करने में मदद कर सकती है।

रैखिक पोरोइलास्टिसिटी के नाम से प्रसिद्ध सिद्धांत का इस्तेमाल करते हुए, उन्होंने दरार की शुरुआत के समय सूखने वाले नमूने की सतह पर तनाव का अनुमान लगाया। रैखिक पोरोइलास्टिसिटी सुराखदार मीडिया प्रवाह पर बना एक सिद्धांत है, जो संतृप्त तन्यक जैल के छिद्रों में पानी (या किसी मोबाइल प्रजाति) के फैलने को समझाता है।   उन्होंने इस तनाव की तुलना एक मानदंड की ओर से अनुमानित एक नाजुक तनाव से की, जिसमें कहा गया है कि एक दरार तब बढ़ेगी, जब फैलने के दौरान जारी ऊर्जा एक नई दरार सतह (ग्रिफिथ की कसौटी) बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा के बराबर या उससे अधिक होगी।

इस तरह प्राप्त संबंध को प्रयोगों की एक श्रृंखला का निष्पादन करके मान्य किया गया था। उन्होंने आगे कहा कि यही स्केलिंग संबंध सिलिका जैल जैसे अन्य कोलाइडल पदार्थ के लिए भी काम करता है। यह पेपर फिजिक्स ऑफ फ्लूइड्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था।

“यह सहसंबंध उत्पाद विकास के दौरान पदार्थ के डिजाइन के अनुकूलन के समय उपयोगी हो सकता है। हम इस जानकारी को लागू कर सकते हैं और उद्योग-ग्रेड पेंट और कोटिंग्स की मैन्युफैक्चरिंग के समय पदार्थ संरचना में बदलाव का सुझाव दे सकते हैं, ताकि वे दरार का बेहतर प्रतिरोध कर सकें और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार कर सकें”, रियोडीएलएस प्रयोगशाला के प्रमुख और आरआरआई में शीतल संघनित पदार्थ समूह में संकाय प्रोफेसर रंजिनी बंद्योपाध्याय ने कहा।

एक नैनोमीटर (एनएम) मोटी और 25 - 30 नैनोमीटर (एनएम) की डिस्क के आकार के कणों वाली सिंथेटिक मिट्टी, लैपोनाइट का इस्तेमाल करके, टीम ने बढ़ती तन्यकता वाले कई लैपोनाइट नमूने बनाए। प्रत्येक नमूने को पेट्री डिश में 35 से 50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सुखाया गया। नमूनों को पूरी तरह सूखने में 18-24 घंटे का समय लगा और प्रत्येक नमूने के लिए वाष्पीकरण और तन्यकता की दर मापी गई। लैपोनाइट नमूनों से जैसे ही पानी वाष्पित हुआ, कण पुन: व्यवस्थित हो गए और पदार्थ की सतह पर तनाव आ गया।

नमूने के उच्च तन्यकता इन तनावों के प्रभाव में नमूने के खराब होने की बेहतर क्षमता को इंगित करता है।

“पहली दरार 10 से 14 घंटों के बीच आई। नमूने की तन्यकता और फ्रैक्चर ऊर्जा के आधार पर, दरारों के उभरने का समय अलग-अलग होता है। तेजी से विलायक हानि के कारण बढ़ते तापमान के साथ दरार शुरू होने का समय कम हो जाता है, और इसलिए मिट्टी की तन्यकता में अधिक तेजी से बढ़ोतरी होती है। अधिक तापमान पर नमूना तेजी से सूखता है, जिससे इसकी सतह पर तनाव विकास की दर बढ़ जाती है। मिट्टी के कण और उनकी परस्पर क्रिया दरार की शुरुआत के समय को प्रभावित करती है क्योंकि वे नमूना जमने की दर को नियंत्रित करते हैं और इसलिए, फ्रैक्चर ऊर्जा और तन्यकता जैसे यांत्रिक गुणों को नियंत्रित करते हैं”, पेपर के पहले लेखक और आरआरआई में पीएचडी छात्र वैभव परमार ने कहा।

यह भी देखा गया कि दरारें पहले पेट्री डिश की बाहरी दीवारों पर विकसित होनी शुरू हुईं और बाद में अंदर की ओर बढ़ती गईं। बाद में, जैसे-जैसे नमूना पुराना होता गया (समय बीतता गया) दरारें विकसित होती गईं।

शोधकर्ताओं ने कहा कि मिट्टी में दरार बनना एक जटिल घटना है, जो लंबाई के कई पैमानों पर देखी गई है और इसलिए, सूखने से हुई दरारों को समझने की आवश्यकता अनिवार्य थी। यह जानकारी इसमें शामिल भूभौतिकीय और यांत्रिक प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकती है।

मिट्टी एक अत्यधिक गर्मी प्रतिरोधी पदार्थ है। यह एक उत्कृष्ट तापरोधी है और इसलिए ये अंतरिक्ष यान की कोटिंग्स जैसे अत्यधिक गर्मी वाले वातावरण अनुप्रयोगों के लिए पहली पसंद है। शोधकर्ताओं ने आगे कहा कि मिट्टी-पानी का मिश्रण शुरू में एक बहते तरल की तरह व्यवहार करेगा और समय के साथ यह एक विस्कोलेस्टिक ठोस में बदल सकता है, जो तरल और ठोस दोनों के गुणों को प्रदर्शित करता है। यह अध्ययन महत्वपूर्ण है क्योंकि इसमें मिट्टी के सूखने पर भौतिक उम्र बढ़ने के प्रभाव का निरीक्षण करने का प्रयास किया गया है।

“हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि पदार्थ जितनी अधिक लचीला होगा, उसकी फ्रैक्चर ऊर्जा कम होगी और दरारें तेजी से विकसित होंगी। हमने नमूना तन्यकता और फ्रैक्चर ऊर्जा के संदर्भ में दरार गठन की भविष्यवाणी करने के लिए एक तरीका निकाला है, जिसे प्रयोगशाला प्रयोगों में मापा जा सकता है। दैनिक तापमान में उतार-चढ़ाव की नकल करने के लिए चक्रीय तापमान परिवर्तन के लिए संबंध विकसित किए जा सकते हैं”, बंद्योपाध्याय ने कहा।

शोध से पता चलता है कि पदार्थ की सांद्रता, नमक या पीएच स्तर को अलग-अलग करके, पदार्थ की तन्यकता को समायोजित करना संभव है और बदले में, इसकी दरार शुरू हो जाती है। इसका उपयोग अंतरिक्ष यान या दवा कैप्सूल पर कोटिंग्स में दरार को रोकने में किया जा सकता है जो नियंत्रित वातावरण में किया जाता है।

कैप्शन 1: पहली दरार का उभरना

 

 

कैप्शन 2: अलग-अलग तन्यकता वाले नमूनों ए, बी और सी के लिए समय के संबंध में दरारों का उभरना

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एमजी/केसी/एमएम

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