সূক্ষ্ম পলিশিংয়ের ক্ষেত্রে, ন্যানোডায়মন্ডের উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ন্যানোস্কেলে উচ্চ সারফেস অ্যাক্টিভিটি সহ 10 এর চরম Mohs কঠোরতা রয়েছে। সিলিকন কার্বাইড এবং স্যাফায়ারের মতো শক্ত এবং ভঙ্গুর উপাদানগুলি প্রক্রিয়া করার সময়, তারা পারমাণবিক-স্তরের উপাদান অপসারণ করতে সক্ষম। যাইহোক, বর্তমানে মূলধারার বিস্ফোরণ এবং উচ্চ-তাপমাত্রা উচ্চ-চাপ (HTHP) সংশ্লেষণ পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত নেটিভ ন্যানোডিয়ামন্ড কণাগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে একত্রিত হয়। যখন ওয়ার্কপিস পলিশিং ব্যবহার করা হয়, এটি সহজেই পৃষ্ঠের স্ক্র্যাচ, গর্ত, দুর্বল সমতলতা এবং অন্যান্য সমস্যা সৃষ্টি করে, সরাসরি পণ্যের ফলন হ্রাস করে। এটি লুব্রিকেটিং আবরণ, বায়োসেন্সিং, উচ্চ-সম্মিলিত উপাদান এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে তাদের প্রয়োগ সীমিত করে। তাই, ন্যানোডায়মন্ডের কার্যকরী ডিগগ্লোমারেশন এবং স্থিতিশীল বিচ্ছুরণ হল তাদের অসামান্য বৈশিষ্ট্যগুলিকে সম্পূর্ণরূপে লাভবান করার এবং উচ্চ{10}অ্যাপ্লিকেশনের বাজারগুলিকে আনলক করার চাবিকাঠি। এই নিবন্ধটি ন্যানোডায়ামন্ড সমষ্টির কারণগুলি দিয়ে শুরু হয় এবং শিল্পে প্রচলিত চারটি প্রধান ডিগগ্লোমারেশন প্রযুক্তি রুট পর্যালোচনা করে।
কেন ন্যানোডায়মন্ড একসাথে গুচ্ছ হয়?
ন্যানোডিয়ামন্ড কণাগুলি অত্যন্ত ছোট, যার ব্যাস মাত্র 2 থেকে 50 ন্যানোমিটার, এবং একটি খুব বড় নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা রয়েছে। শারীরিকভাবে, তারা সহজাতভাবে একটি অস্থির অবস্থায় রয়েছে। আরও স্থিতিশীল কনফিগারেশন অর্জনের জন্য, এই অতি সূক্ষ্ম কণাগুলি একে অপরের সাথে স্বতঃস্ফূর্তভাবে শোষণ করে এবং একত্রিত হয়-এটি তাদের ক্লাস্টারের প্রবণতার মূল কারণ। একই সময়ে, কণার পৃষ্ঠগুলিতে অনেক অসম্পৃক্ত সক্রিয় সাইট রয়েছে যা সহজেই বাতাস থেকে আর্দ্রতা এবং অমেধ্য শোষণ করে, আরও কণাগুলিকে একত্রে শক্তভাবে আঁকড়ে ধরে এবং ক্লাম্পিং সমস্যাকে আরও বাড়িয়ে তোলে, যা প্রচলিত নরম সমষ্টি তৈরি করে। সাধারণত, এই ধরনের নরম সমষ্টিগুলি মূলত ভৌত শক্তি যেমন ভ্যান ডার ওয়াল বাহিনী, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক আকর্ষণ এবং কৈশিক বাহিনী দ্বারা একত্রিত হয়, কণাগুলি প্রাথমিকভাবে বিন্দু বা কৌণিক যোগাযোগে থাকে, যার ফলে তুলনামূলকভাবে দুর্বল বন্ধন শক্তি হয়।
যাইহোক, বিস্ফোরণ পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত ন্যানোডিয়ামন্ডগুলির পৃষ্ঠে অবশিষ্ট অমেধ্য থাকে, যেমন গ্রাফিটিক কার্বন এবং নিরাকার কার্বন। উচ্চ-তাপমাত্রার সংশ্লেষণের সময়, সংলগ্ন কণাগুলি সরাসরি শক্তিশালী কার্বন-কার্বন বন্ধন তৈরি করতে পারে। পরবর্তীতে শুকানো এবং সঞ্চয় করার সময় পৃষ্ঠের গোষ্ঠীগুলির ডিহাইড্রেশন এবং নিরাময়ের সাথে মিলিত, এটি শেষ পর্যন্ত ঘন, দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ শক্ত সমষ্টিতে পরিণত হয়। এই শক্ত সমষ্টিগুলিকে একা সাধারণ বাহ্যিক শক্তি দ্বারা বিচ্ছিন্ন করা যায় না, যা ন্যানোডিয়ামন্ডের প্রয়োগের জন্য একটি গুরুতর চ্যালেঞ্জ তৈরি করে।
কিভাবে ন্যানোডায়মন্ড ডিগগ্লোমেরেট করবেন?
উপরের একত্রিতকরণ প্রক্রিয়ার প্রতিক্রিয়া হিসাবে, শিল্পটি ন্যানোডায়মন্ডের জন্য একাধিক ধরণের ডিগগ্লোমারেশন প্রযুক্তি তৈরি করেছে, যেগুলিকে চারটি প্রধান বিভাগে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: শারীরিক বিচ্ছুরণ পদ্ধতি, অজৈব রাসায়নিক পদ্ধতি, উচ্চ-শক্তি ক্ষেত্র পদ্ধতি, এবং পৃষ্ঠের রাসায়নিক পরিবর্তন পদ্ধতি।
01 শারীরিক বিচ্ছুরণ পদ্ধতি
দৈহিক বিচ্ছুরণ পদ্ধতি আন্তঃকণার আকর্ষণ কাটিয়ে উঠতে এবং নরম সমষ্টিগুলিকে জোরপূর্বক ভেঙে ফেলার জন্য যান্ত্রিক শক্তির উপর নির্ভর করে। যাইহোক, এই ধরনের শারীরিক বিচ্ছুরণ মানে সাসপেনশনের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার গ্যারান্টি দিতে পারে না এবং সাধারণত সহায়ক বিচ্ছুরণ কৌশল হিসেবে ব্যবহৃত হয়। সাধারণ পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে:
(1) উচ্চ-শক্তি বল মিলিং: এটি সবচেয়ে সাধারণ যান্ত্রিক পদ্ধতি। এটি ন্যানোমিটার স্কেলে মাইক্রোন-আকারের সমষ্টিগুলিকে চূর্ণ করার জন্য উচ্চ গতির-গতির সংঘর্ষ এবং গ্রাইন্ডিং বলের মধ্যে শিয়ারিং দ্বারা উত্পন্ন যান্ত্রিক শক্তি ব্যবহার করে। সাধারণত, একটি বিচ্ছুরণ মাধ্যম (যেমন, জল বা অ্যালকোহল) তৈলাক্তকরণ এবং প্রাথমিক স্থিতিশীলতা প্রদান করে, তাই ভেজা বল মিলিং শুষ্ক বল মিলিংয়ের চেয়ে বেশি দক্ষ।
(2) আল্ট্রাসাউন্ড-সহায়ক বিচ্ছুরণ: এই পদ্ধতিটি তরল পদার্থে ক্যাভিটেশন প্রভাবকে ডিগগ্লোমারেট ক্লাস্টারে ব্যবহার করে। অতিস্বনক প্রচারের সময়, তরলে মাইক্রোবুদ তৈরি হয়। পর্যায়ক্রমিক সংকোচন এবং অতিস্বনক ক্ষেত্রের বিরলতার অধীনে, এই বুদবুদগুলি অনুরণন আকারে বৃদ্ধি পায় এবং তারপরে হিংস্রভাবে ভেঙে পড়ে। তাত্ক্ষণিক পতন স্থানীয়ভাবে উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, এবং শক্তিশালী শক ওয়েভের পাশাপাশি খুব ছোট জায়গায় উচ্চ-গতির মাইক্রোজেট তৈরি করে, যার ফলে ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনী, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক শোষণ এবং কণার মধ্যে অন্যান্য আবদ্ধ শক্তি ব্যাহত হয় এবং বৃহৎ সমষ্টিগুলিকে মাইক্রোন-অ্যালেস থেকে পৃথক পৃথক অংশে বিভক্ত করে।
02 অজৈব রাসায়নিক পদ্ধতি
অজৈব রাসায়নিক পদ্ধতিতে ন্যানোডায়মন্ডের পৃষ্ঠ থেকে ধাতব যৌগ এবং অ-হীরা কার্বন (গ্রাফাইট এবং নিরাকার কার্বন সহ) অপসারণ করার জন্য অ্যাসিড ওয়াশিং, হাইড্রোজেনেশন অ্যানিলিং এবং অক্সিডেশন অ্যানিলিং-এর মতো প্রক্রিয়াগুলি জড়িত, যার ফলে কার্যকরভাবে শক্ত সমষ্টি হ্রাস করা হয়।
(1) অ্যাসিড ওয়াশিং: নাইট্রিক অ্যাসিড বা হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডের মতো শক্তিশালী অ্যাসিড দিয়ে চিকিত্সা করা ধাতব অমেধ্যগুলিকে দ্রবীভূত করতে এবং অপসারণ করতে পারে, পাশাপাশি কার্বক্সিল ({{1}COOH), হাইড্রক্সিল (-OH), এবং কার্বনিল (C{3}}){3} {3}{3} সারফেসে কার্বক্সিল (-COOH), হাইড্রোক্সিল (-OH) এর মতো বৃহৎ সংখ্যক অক্সিজেন-ধারণকারী কার্যকরী গোষ্ঠীগুলি প্রবর্তন করতে পারে৷ জলীয় দ্রবণে, এই মেরু গোষ্ঠীগুলি আয়নিত করে, কণাগুলিতে একটি নেতিবাচক পৃষ্ঠের চার্জ প্রদান করে, কণাগুলির মধ্যে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণ তৈরি করে এবং এইভাবে সমষ্টিকে বাধা দেয়।
(2) অক্সিডেশন annealing: বায়ু বা অক্সিজেন বায়ুমণ্ডলে ন্যানোডিয়ামন্ড গরম করা একইভাবে পৃষ্ঠে অক্সিজেন-ধারণকারী কার্যকরী গোষ্ঠীর পরিচয় দেয়। তরল-ফেজ অ্যাসিড অক্সিডেশনের সাথে তুলনা করে, এর সুবিধা হল প্রক্রিয়াকরণের সময় তরল বর্জ্য উত্পাদনের অনুপস্থিতিতে, এটিকে বড় আকারের ক্রমাগত উত্পাদনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
(3) হাইড্রোজেনেশন অ্যানিলিং: অক্সিডেশনের বিপরীতে, হাইড্রোজেনেশন অ্যানিলিং একটি হাইড্রোজেন বায়ুমণ্ডলে উচ্চ তাপমাত্রায় ন্যানোডায়মন্ড গরম করে অক্সিজেনযুক্ত পৃষ্ঠের গোষ্ঠীগুলিকে অপসারণ করে, একটি হাইড্রোজেন-সমাপ্ত পৃষ্ঠ তৈরি করে (যেমন, -CH₂ গ্রুপ)। হাইড্রোজেনেশন ট্রিটমেন্টের পরে, ন্যানোডায়ামন্ড পৃষ্ঠ হাইড্রোফোবিক হয়ে যায়, যা অ-পোলার দ্রাবকগুলিতে এর বিচ্ছুরণযোগ্যতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে।
03 উচ্চ-শক্তি ক্ষেত্র পদ্ধতি
উচ্চ-শক্তি ক্ষেত্র পদ্ধতিগুলি ন্যানোডায়মন্ডের শক্ত সমষ্টিগুলিকে দক্ষতার সাথে এবং পরিচ্ছন্নভাবে ধ্বংস করে এবং মিডিয়াতে স্থিতিশীল বিচ্ছুরণকে উন্নীত করার জন্য লেজার বা প্লাজমার মতো চরম শারীরিক ক্ষেত্রগুলিকে সরাসরি সমষ্টিগত কাঠামোতে কাজ করতে ব্যবহার করে।
(1) প্লাজমা-সহায়ক বিচ্ছুরণ: প্লাজমা দ্বারা উত্পন্ন উচ্চ-শক্তির কণা (যেমন, আয়ন, ইলেকট্রন) ন্যানোডায়মন্ড সমষ্টিগুলিকে বোমাবাজি করে, যা কেবল শক্তিশালী শারীরিক প্রভাব এবং মাইক্রোজেট তৈরি করে না, বরং ন্যানোডায়মন্ড কণাগুলির মধ্যে সরাসরি সমযোজী বন্ধন ভেঙে দেয় এবং তাদের পৃষ্ঠের রাসায়নিক অবস্থার পরিবর্তন করে, শেষ পর্যন্ত কঠিন সমষ্টিকে ব্যাহত করে।
(2) লেজারের সাহায্যে বিচ্ছুরণ: লেজারের অতি-উচ্চ শক্তির ঘনত্ব একদিকে, ন্যানোডায়মন্ড কণার (বিশেষ করে পৃষ্ঠের sp²‑সংকরিত কার্বন স্তর এবং sp³ ডায়মন্ড কোরের মধ্যে ইন্টারফেসিয়াল বন্ধন) পাশাপাশি আন্তঃআণবিক ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনীর মধ্যে সমযোজী বন্ধনকে সরাসরি ভেঙে দিতে পারে। অন্যদিকে, লেজারের শক্তি জলের মতো তরল মাধ্যম দ্বারা শোষিত হতে পারে, তুষারপাতের আয়নকরণকে ট্রিগার করে এবং প্লাজমা প্লাম তৈরি করে। রক্তরসের তাত্ক্ষণিক সহিংস প্রসারণ স্থানীয়ভাবে শক্তিশালী শক ওয়েভ তৈরি করে, ন্যানোডিয়ামন্ড অ্যাগ্লোমেরেটের শারীরিকভাবে বন্ধন কাঠামোকে প্রভাবিত করে এবং ভেঙে দেয়, যার ফলে দক্ষ ডিগগ্লোমারেশন অর্জন করা হয়।
04 পৃষ্ঠ জৈব রাসায়নিক পরিবর্তন
সমষ্টি কম সক্রিয়করণ শক্তি সহ একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া। এমনকি যদি সমষ্টিগুলি সাময়িকভাবে বহিরাগত শক্তি দ্বারা বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, যতক্ষণ না কণা পৃষ্ঠের অবস্থা মৌলিকভাবে পরিবর্তিত না হয়, নতুন উন্মুক্ত পৃষ্ঠগুলি উপরে উল্লিখিত শক্তিগুলির মাধ্যমে দ্রুত পুনরায় একত্রিত হবে। সারফেস জৈব রাসায়নিক পরিবর্তন তাই কণা পৃষ্ঠ অবস্থা পরিবর্তন করে deagglomeration পরে বিচ্ছুরণ স্থিতিশীলতা বজায় রাখার একটি অপরিহার্য উপায়. বর্তমানে, প্রধান পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে অ্যারিলেশন, সালফোনেশন-ডায়মন্ড ফাংশনালাইজেশন, এবং ফটোগ্রাফটিং।
(1) আরিলেশন: ন্যানোডিয়ামন্ড পৃষ্ঠের উপর ফিনাইল বা ন্যাফথাইলের মতো সুগন্ধযুক্ত রিং গ্রুপগুলি প্রবর্তন করা পৃষ্ঠের ঝুলন্ত বন্ড সাইটগুলি দখল করতে পারে, যখন তাদের কঠোর কাঠামোর দ্বারা প্রদত্ত স্টেরিক বাধা কার্যকরভাবে কণার দৃষ্টিভঙ্গি প্রতিরোধ করে। উপরন্তু, প্রবর্তিত সুগন্ধযুক্ত রিংগুলি আরও কার্যকরীকরণের জন্য অ্যাঙ্করিং পয়েন্ট হিসাবে কাজ করতে পারে।
(2) সালফোনেশন: সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপ (-SO₃H) সালফোনেশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে ন্যানোডিয়ামন্ড পৃষ্ঠে প্রবর্তন। সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপগুলি দৃঢ়ভাবে অম্লীয় এবং জলীয় দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয়, যা কণাগুলির পৃষ্ঠের জেটা সম্ভাবনাকে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করে। এটি ন্যানোডায়মন্ড কণার মধ্যে শক্তিশালী ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণ তৈরি করে, কার্যকরভাবে ভ্যান ডের ওয়ালস আকর্ষণকে প্রতিরোধ করে এবং পুনঃসমাবেশ রোধ করে, এইভাবে ডিগগ্লোমারেশন অর্জন করে এবং স্থিতিশীল বিচ্ছুরণ বজায় রাখে। একই সময়ে, সালফোনেশন ন্যানোডায়মন্ডের পৃষ্ঠের রসায়নকে পরিবর্তন করে, পৃষ্ঠের মেরুতা বাড়ায় এবং মেরু দ্রাবকগুলিতে (যেমন, জল) কণার আর্দ্রতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে।
(3) ফটোগ্রাফিং: অতিবেগুনী বা দৃশ্যমান আলোক বিকিরণ ব্যবহার করে ন্যানোডায়মন্ড পৃষ্ঠকে উত্তেজিত করতে বা মুক্ত র্যাডিকেল তৈরি করতে ফটোসেন্সিটাইজার, যা পৃষ্ঠে ওলেফিনিক মনোমারের পলিমারাইজেশন শুরু করে, লম্বা পলিমার চেইনগুলিকে গ্রাফটিং করে। সাধারণ গ্রাফটিং মনোমারগুলির মধ্যে রয়েছে অ্যাক্রিলিক অ্যাসিড, অ্যাক্রিলামাইড, মিথাইল মেথাক্রাইলেট ইত্যাদি। পলিমার চেইনগুলি দ্রাবকগুলিতে বর্ধিত রূপ ধরে নেয়, যা বেশ কয়েকটি ন্যানোমিটার থেকে দশ ন্যানোমিটার পর্যন্ত পুরুত্বের সাথে একটি স্টেরিক বাধা স্তর তৈরি করে। আন্তঃকণার দূরত্ব হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে বিকর্ষণীয় শক্তি তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়, যা এটিকে জমাট বাঁধা প্রতিরোধের সবচেয়ে কার্যকর উপায়ে পরিণত করে। ফটোগ্রাফিংয়ের সুবিধার মধ্যে রয়েছে হালকা প্রতিক্রিয়ার অবস্থা এবং বিকিরণ সময় এবং মনোমার ঘনত্ব সামঞ্জস্য করে গ্রাফটিং ঘনত্ব এবং চেইনের দৈর্ঘ্যের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ।