पहली बार, वैज्ञानिकों ने तरल में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के प्रमाण की सूचना दी है। यह प्रभाव 143 वर्षों से ज्ञात है और उस समय में केवल ठोस पदार्थों में देखा गया है। नई खोज उस सिद्धांत को चुनौती देती है जो इस प्रभाव की व्याख्या करता है और साथ ही इलेक्ट्रॉनिक और मैकेनिकल सिस्टम में पहले से अप्रत्याशित अनुप्रयोगों के लिए द्वार खोलता है।

यह प्रभाव शुद्ध 1-ब्यूटाइल-3-मिथाइल इमिडाज़ोलियम बीआईएस (ट्राइफ़्लोरोमेथाइल-सल्फ़ोनील) इमाइड और 1-हेक्साइल-3-मिथाइल इमिडाज़ोलियम बीआईएस (ट्राइफ़्लोरोमिथाइलसल्फ़ोनील) इमाइड में देखा गया था – दोनों आयनिक तरल पदार्थ (यानी, तिल के बजाय एस्क्यूल से बने तरल पदार्थ) कमरे के तापमान पर। का तापमान। अध्ययन पेपर के नवीनतम संस्करण में प्रकाशित किया गया था। जर्नल ऑफ फिजिकल केमिस्ट्री लेटर्स.

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्या है?

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव में, एक शरीर में एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है जब इसे निचोड़ा जाता है। क्वार्ट्ज सबसे लोकप्रिय पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल है: इसका उपयोग एनालॉग कलाई घड़ी और इस क्षमता में घड़ियों में किया जाता है। इस तरह के क्रिस्टल का उपयोग सिगरेट लाइटर, इलेक्ट्रिक गिटार, टीवी रिमोट कंट्रोल, ऑडियो ट्रांसड्यूसर और अन्य उपकरणों में भी किया जाता है, जहां यह यांत्रिक तनाव को करंट में बदलने के लिए उपयोगी होता है।

“1880 के दशक में क्वार्ट्ज में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की गई थी, मुझे विश्वास है,” रसायन विज्ञान विभाग, मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी के एक प्रोफेसर और पेपर के लेखक गैरी ब्लैंचर्ड ने कहा। हिंदू ईमेल के माध्यम से। “हम जानते हैं कि हर रिपोर्ट ठोस पदार्थों में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए है, चाहे कंपोजिट या शुद्ध ठोस। हमारे सर्वोत्तम ज्ञान के लिए, पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी तक एक तरल में नहीं देखा गया है।”

क्वार्ट्ज सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) है। एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल में तीन तरफा पिरामिड के चार शीर्षों पर सिलिकॉन और ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु को दो पिरामिडों द्वारा साझा किया जाता है। ये पिरामिड क्रिस्टल बनाने के लिए खुद को दोहराते हैं।

प्रत्येक पिरामिड का प्रभावी प्रभार केंद्र से थोड़ा दूर स्थित होता है। जब यांत्रिक तनाव लागू किया जाता है – अर्थात, जब क्रिस्टल को निचोड़ा जाता है – आवेश की स्थिति केंद्र से आगे धकेल दी जाती है, जिससे एक छोटा वोल्टेज बनता है। यह प्रभाव का एक स्रोत है।

द्रव में प्रभाव आश्चर्यजनक क्यों है?

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, अब तक केवल ठोस पदार्थों में अपेक्षित है, यह है कि निचोड़ा जा रहा शरीर एक क्वार्ट्ज पिरामिड की तरह एक व्यवस्थित संरचना होना चाहिए। तरल पदार्थ में ऐसी कोई संरचना नहीं होती है। इसके बजाय, वे अपने कंटेनर का आकार लेते हैं।

भौतिक विज्ञानी हुक के नियम के संयोजन का उपयोग करके प्रभाव की व्याख्या करते हैं – कि किसी वस्तु को निचोड़ने के लिए आवश्यक बल रैखिक रूप से (अर्थात् गैर-त्वरित रूप से) निचोड़ने की मात्रा के समानुपाती होता है – और ढांकता हुआ सामग्री के गुण। ये ऐसी सामग्रियां हैं जो बिजली का संचालन नहीं करती हैं लेकिन जिनके इलेक्ट्रॉन अभी भी विद्युत क्षेत्र से थोड़ा प्रभावित होते हैं।

हुक का नियम स्पष्ट नहीं होता है जब शरीर बहुत संकुचित नहीं होता है।

डॉ ब्लैंचर्ड ने कहा, “जबकि मैं यह दावा करने के लिए तैयार नहीं हूं कि इसके लिए पीजोइलेक्ट्रिक्स के भौतिकी के पूर्ण संशोधन की आवश्यकता है, आयनिक तरल पदार्थों में प्रभाव का अवलोकन वर्तमान मॉडल के साथ असंगत है।” . “हमारे परिणामों का एक निहितार्थ आयनिक तरल पदार्थों में संगठन के कुछ मोड का अस्तित्व है जो ‘सामान्य’ तरल पदार्थों में नहीं देखा जाता है।”

दरअसल, उनकी खोज को विशेष रूप से आयनिक तरल पदार्थों में तैयार किया जाना है। ऐसा इसलिए, क्योंकि पेपर के मुताबिक, आणविक स्तर पर अध्ययन में परीक्षण किए गए ‘सामान्य’ और जिस तरह के आयनिक तरल पदार्थ उन पर “इलेक्ट्रिक चार्ज” लगाए जाते हैं, वे बहुत अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं।

“समझ के मौजूदा ढांचे के भीतर, पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव को सामग्री के भीतर एक ‘निरंतर’ विन्यास की आवश्यकता होती है,” डॉ। ब्लैंचर्ड ने समझाया। “साधारण तरल पदार्थ और गैसों को उस क्रम को प्रदर्शित करने के लिए नहीं दिखाया गया है जो लंबे समय तक बना रहता है और देखा जा सकता है।”

प्रभाव की शक्ति क्या है?

अपने प्रयोग में, डॉ ब्लैंचर्ड और उनके सह-लेखक, स्नातक छात्र इकबाल हुसैन ने प्रत्येक तरल के साथ एक कंटेनर भर दिया, जिसमें कुछ हद तक मोटी स्थिरता थी, और एक पिस्टन का उपयोग करके इसे संपीड़ित किया। पिस्टन के अंदर एक तार एक बाहरी सर्किट से जुड़ा होता है, जिसमें एक संकेतक होता है जो दिखाता है कि करंट प्रवाहित हो रहा है।

कागज के अनुसार, पहले तरल में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का परिमाण 16 मिलीवोल्ट प्रति न्यूटन (एमवी/एन) था और दूसरे में 17 एमवी/एन, दोनों मामलों में 1 एमवी/एन के मार्जिन के भीतर। इन नंबरों का उपयोग करते हुए, उन्होंने पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक की गणना की – इन सामग्रियों में प्रभाव की ताकत – क्वार्ट्ज से 10 के कारक से कम, एक अपेक्षाकृत छोटा अंतर।

कौन से नए आवेदन संभव हैं?

आगे क्या? “मेरा मानना ​​है कि सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा इन प्रयोगात्मक अवलोकनों को समझने के लिए अनुमानित शक्ति के साथ एक सैद्धांतिक ढांचा विकसित कर रहा है।”

लेकिन सैद्धांतिक स्पष्टीकरण के बिना भी, उपन्यास अनुप्रयोगों की संभावना स्पष्ट प्रतीत होती है। कागज के अनुसार, “खोज … ठोस-राज्य सामग्री के साथ पहले दुर्गम अनुप्रयोगों के लिए द्वार खोलती है, और [room-temperature ionic liquids] अधिक आसानी से पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है और कई मामलों में वर्तमान में उपयोग की जाने वाली पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की तुलना में कम पर्यावरणीय समस्याएं होती हैं।

तरल पदार्थ ने रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी प्रदर्शित किया: जब एक इलेक्ट्रिक चार्ज लागू किया गया तो वे विकृत हो गए। डॉ. ब्लैंचर्ड ने आईईईई पत्रिका को बताया स्पेक्ट्रम इस तथ्य का उपयोग यह नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है कि कैसे तरल उनके माध्यम से विभिन्न धाराओं को पारित करके प्रकाश को मोड़ते हैं। अर्थात्, इस सरल नियंत्रण तंत्र का उपयोग करके, इन तरल पदार्थों की शीशियों में गतिशील फ़ोकसिंग क्षमताओं वाले लेंस हो सकते हैं।

तरल पदार्थों के व्यवहार की व्याख्या करने के लिए एक सिद्धांत होने से यह पता चल सकता है कि ये तरल पदार्थ जिस तरह से व्यवहार करते हैं, वे उन्हें कैसे हेरफेर करते हैं और नए अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए बेहतर तरीके से व्यवहार करते हैं।