वैज्ञानिकों ने देखा कि तरल पदार्थ ठोस पदार्थों की तरह स्नैप करते हैं, जो तरल कानूनों को धता बताते हैं

द्रव गतिशीलता में एक आदर्श बदलाव

ज्यूरिख - सदियों से, ठोस और तरल पदार्थ के बीच बुनियादी अंतर स्पष्ट रहा है: ठोस टूटते हैं, तरल पदार्थ बहते हैं। लेकिन ज्यूरिख पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट (जेडपीआई) के शोधकर्ताओं की एक अभूतपूर्व खोज इस आधारभूत सिद्धांत को चुनौती दे रही है। सावधानीपूर्वक नियंत्रित प्रयोगों की एक श्रृंखला में, वैज्ञानिकों ने सामान्य तरल पदार्थों को देखा है, जब विशिष्ट बलों के अधीन किया जाता है, तो वे आमतौर पर ठोस पदार्थों से जुड़े अचानक, तेज फ्रैक्चर के साथ टूट जाते हैं।

प्रतिष्ठित पत्रिका नेचर फिजिक्स में इस सप्ताह प्रकाशित, निष्कर्ष द्रव यांत्रिकी के बारे में लंबे समय से चली आ रही धारणाओं को खारिज करते हैं। प्रमुख लेखिका और जेपीआई में सामग्री विज्ञान की प्रोफेसर डॉ. लीना पेट्रोवा इस घटना को चौंकाने वाली और बेहद महत्वपूर्ण बताती हैं। डॉ. पेट्रोवा ने मंगलवार को एक संवाददाता सम्मेलन में बताया, "हमने हमेशा यह समझा है कि तरल पदार्थ पतले होते हैं, खिंचते हैं और अंततः तनाव के तहत बूंदों या धाराओं में अलग हो जाते हैं।" "किसी तरल को अचानक, लगभग तुरंत टूटते हुए देखना, जैसे कि वह भंगुर प्लास्टिक या धातु का टुकड़ा हो, हमें इन रोजमर्रा के पदार्थों की आंतरिक गतिशीलता पर पूरी तरह से पुनर्विचार करने के लिए मजबूर करता है।" उन्होंने अत्यधिक चिपचिपे तरल पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया, विशेष रूप से एक मालिकाना पॉली (डाइमिथाइलसिलोक्सेन) मिश्रण और 100,000 सेंटीस्टोक (सीएसटी) से अधिक चिपचिपाहट वाला उच्च आणविक भार वाला सिलिकॉन तेल। तरल पदार्थों को केवल 50 माइक्रोमीटर चौड़े माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में खींचा गया और 100 किलोपास्कल (केपीए) से अधिक तेजी से बढ़ते तन्य बलों के अधीन किया गया।

डॉ. पेट्रोवा ने एक धीमी गति वाला वीडियो दिखाते हुए विस्तार से बताया, ''हमने जो देखा वह धीरे-धीरे गर्दन का सिकुड़ना और पतला होना नहीं था जिसकी हमें उम्मीद थी।'' "इसके बजाय, एक महत्वपूर्ण तनाव बिंदु पर, एक साफ फ्रैक्चर लाइन तरल के माध्यम से फैल गई, जिससे दो अलग, तेजी से परिभाषित सतहें बन गईं। यह अविश्वसनीय रूप से सटीक, लगभग सर्जिकल था।" फ्रैक्चर मात्र माइक्रोसेकंड में हुआ, जिससे पारंपरिक अर्थों में तरल के विकृत होने या प्रवाहित होने का कोई समय नहीं बचा। यह तेजी से पृथक्करण ठोस पदार्थों में देखे जाने वाले भंगुर फ्रैक्चर की दृढ़ता से नकल करता है, जहां बंधन एक विमान में टूट जाते हैं, न कि खिंचते और पुनर्व्यवस्थित होते हैं।

विस्कोस ट्विस्ट: पुराने प्रतिमानों को चुनौती

महत्वपूर्ण बात यह है कि, ZPI टीम ने निर्धारित किया कि यह स्नैपिंग व्यवहार लोच से प्रेरित नहीं है, जैसा कि सहज रूप से माना जा सकता है। लोच एक सामग्री की विकृत होने के बाद अपने मूल आकार में लौटने की क्षमता है, यह गुण आमतौर पर रबरयुक्त ठोस या विस्कोलेस्टिक तरल पदार्थों से जुड़ा होता है जो तरल और ठोस दोनों विशेषताओं को प्रदर्शित करते हैं। इसके बजाय, डॉ. पेट्रोवा का शोध प्राथमिक कारक के रूप में चिपचिपाहट - तरल पदार्थ के प्रवाह के प्रति प्रतिरोध - की ओर इशारा करता है।

प्रोजेक्ट के सह-लेखक और सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी डॉ. काई बर्गमैन ने कहा, "हमारे मॉडल सुझाव देते हैं कि इन अत्यधिक चिपचिपे तरल पदार्थों में, तेजी से और तीव्र खिंचाव के तहत, आंतरिक आणविक घर्षण और उलझाव अणुओं के बहने से खुद को पुनर्व्यवस्थित करने की तुलना में तेजी से तनाव पैदा करते हैं।" "अनिवार्य रूप से, तरल आणविक स्तर पर 'जाम' हो जाता है, और जब बल बहुत अधिक हो जाता है, तो संरचना भयावह रूप से विफल हो जाती है, जिससे आसानी से अलग होने के बजाय फ्रैक्चर हो जाता है। यह एक चिपचिपा-संचालित भंगुर विफलता है, एक अवधारणा जिसे पहले सच्चे तरल पदार्थों के लिए असंभव माना जाता था।" यह खोज मौलिक रूप से द्रव यांत्रिकी की शास्त्रीय समझ को चुनौती देती है, जो बड़े पैमाने पर निरंतर विरूपण और तनाव के तहत प्रवाह की भविष्यवाणी करती है।

लैब से परे: वास्तविक दुनिया के निहितार्थ

इस खोज के निहितार्थ एक अनुसंधान प्रयोगशाला की सीमाओं से कहीं आगे तक फैले हुए हैं। उन्नत विनिर्माण से लेकर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग तक के उद्योग सामग्री को संभालने और संसाधित करने के तरीके में महत्वपूर्ण बदलाव देख सकते हैं। उदाहरण के लिए, अत्यधिक चिपचिपे पॉलिमर को बाहर निकालना, विशेष कोटिंग्स का अनुप्रयोग, या यहां तक ​​कि तरल रेजिन के साथ सटीक 3डी प्रिंटिंग को इस नई समझ के साथ अनुकूलित या फिर से डिजाइन किया जा सकता है।

डॉ. पेट्रोवा ने सुझाव दिया, ''माइक्रोफ्लुइडिक्स में एक परिदृश्य की कल्पना करें जहां आपको बिना किसी अवशिष्ट स्ट्रिंग के तरल की एक छोटी मात्रा को सटीक रूप से अलग करने की आवश्यकता होती है, या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में जहां पॉलिमर जेट के सटीक ब्रेक पॉइंट को नियंत्रित करने से अभूतपूर्व रिज़ॉल्यूशन हो सकता है।'' "यह प्राकृतिक घटनाओं को समझने के लिए नए रास्ते भी खोलता है, जैसे अत्यधिक दबाव में मैग्मा का व्यवहार या कुछ जैविक तरल पदार्थों की गतिशीलता।" इस तरल फ्रैक्चर की भविष्यवाणी करने और संभावित रूप से नियंत्रित करने की क्षमता अनुरूप ब्रेक गुणों या अधिक कुशल औद्योगिक प्रक्रियाओं के साथ उपन्यास सामग्रियों के विकास को जन्म दे सकती है।

द्रव गतिशीलता के लिए आगे की राह

ZPI टीम अब जटिल निलंबन और इमल्शन सहित तरल पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला की जांच करने और इस फ्रैक्चर घटना पर तापमान और दबाव के प्रभावों का पता लगाने के लिए अपने शोध का विस्तार कर रही है। वे जटिल आणविक अंतःक्रियाओं को पूरी तरह से पकड़ने के लिए अधिक परिष्कृत सैद्धांतिक मॉडल विकसित करने की भी योजना बना रहे हैं। यह खोज एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है, जो वैज्ञानिकों को पदार्थ के मौलिक सिद्धांतों पर फिर से विचार करने और संभावित रूप से सामग्री इंजीनियरिंग के एक नए वर्ग की ओर ले जाने का आग्रह करती है।