2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
वैज्ञानिकों ने सतह पर एक ठोस चरण मोनोलेयर के गठन के साथ ठंडा होने पर तेल-इन-वाटर इमल्शन में बूंदों के आकार को बदलने के तंत्र का वर्णन किया है। यह पता चला कि साधारण गोलाकार बूंदों का पॉलीहेड्रॉन में परिवर्तन ठोस सतह परत में तन्यता और झुकने वाले बलों के साथ-साथ गुरुत्वाकर्षण बलों की कार्रवाई का परिणाम है। और आकार पर बूंद के आकार की निर्भरता बूंदों की ठोस सतह के सहज विकृतियों का परिणाम है। फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित एक अध्ययन में, लेखक पानी में पायसीकारी एल्केन बूंदों के व्यवहार का वर्णन करने के लिए एक मॉडल का प्रस्ताव करते हैं।
पायस में बूंदों के आकार को बदलने की प्रक्रियाओं की प्रायोगिक छवियां। (ए) लगभग 25 माइक्रोमीटर के प्रारंभिक त्रिज्या के साथ गोलाकार, आईकोसाहेड्रल और फ्लैट हेक्सागोनल बूंदों की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियां। (बी) बड़े गोलाकार बूंदों और छोटी आईकोसाहेड्रल बूंदों (तीरों द्वारा इंगित) के साथ एक इमल्शन नमूने की विशिष्ट संरचना (सी) आईकोसाहेड्रल और फ्लैट हेक्सागोनल बूंदों; उत्तरार्द्ध को विमान द्वारा आकर्षण बल के वेक्टर के लंबवत घुमाया जाता है (डी) ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन क्रायोमाइक्रोस्कोपी का उपयोग करके प्राप्त एक आईकोसाहेड्रल छोटी बूंद की एक छवि: तीर लगभग तीन नैनोमीटर (एफ) की मोटाई के साथ तेल चरण के एक ठोस मोनोलेयर को इंगित करता है) छोटी बूंद के आकार बनाम तापमान और त्रिज्या का एक ग्राफ।
शीतलन की प्रक्रिया में, जैसे ही तेल चरण जम जाता है, तेल की बूंदें कई असामान्य परिवर्तनों से गुजरती हैं: व्याख्यात्मक गोलाकार से लेकर इकोसाहेड्रल और यहां तक कि सपाट हेक्सागोनल तक। बूंदों की सतह पर लम्बी तंबू जैसी संरचनाओं के निर्माण के भी ज्ञात मामले हैं। हालाँकि, कुछ समय पहले तक, इन प्रक्रियाओं के लिए कोई उचित स्पष्टीकरण नहीं था। इमल्शन में तेल चरण की बूंदों के विचित्र रूपों का वर्णन 2005 में किया गया था। हाल ही में, जटिल आकार की बूंदों के गठन के नए पैटर्न भी खोजे गए हैं, और तापमान, तेल चरण की संरचना और एक सर्फेक्टेंट की एकाग्रता का उपयोग करके इन प्रक्रियाओं को प्रभावित करने के लिए नई संभावनाएं खोजी गई हैं। जीवित जीवों में इस प्रकार की प्रणालियां आम हैं, इसलिए इस क्षेत्र में शोध से जीवित कोशिकाओं में चयापचय तंत्र को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिलेगी।
जबकि इमल्शन में असामान्य आकार की बूंदों को प्राप्त करने के लिए कई प्रयोगात्मक तकनीकें आज अच्छी तरह से विकसित और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं, ऐसे परिणामों की ओर ले जाने वाली प्रक्रियाओं की कोई ठोस व्याख्या अभी तक प्रस्तुत नहीं की गई है। प्रस्तावित तंत्रों में से एक तथाकथित रोटेटर चरण की उपस्थिति है जिसमें बूंदों के पास लगभग 300 नैनोमीटर की मोटाई होती है। यह चरण तेल की ठोस और तरल अवस्थाओं के बीच एक अर्ध-क्रिस्टलीय परत है। ऐसे इंटरलेयर्स की उपस्थिति भारी n-alkanes की विशेषता है। यह माना जाता है कि यह परत असामान्य आकार की बूंदों के निर्माण के लिए एक "स्टैंसिल" है। क्रायोमाइक्रोस्कोपिक छवियों के हाल के अध्ययनों से पता चला है कि रोटेटर चरण के गठन के लिए ठोस परत बहुत पतली है। दूसरी संभावित व्याख्या छोटी बूंद की सतह पर एक ठोस मोनोलेयर के लोचदार बलों और सतह तनाव की ताकतों के बीच प्रतिद्वंद्विता है। उत्तरार्द्ध मोनोलेयर संरचना में तनाव पैदा करता है, जिसे झुकने से कमजोर किया जा सकता है। यह तंत्र वायरस (कैप्सिड) के प्रोटीन लिफाफों के व्यवहार का अच्छी तरह से वर्णन करता है। हालांकि, इमल्शन के मामले में, यह मॉडल छोटी बूंद के आकार पर आकार की निर्भरता की व्याख्या नहीं करता है।
लीडेन और बार इलान विश्वविद्यालयों के एली स्लाउटस्किन और लुका गियोमी के नेतृत्व में जर्मनी, इज़राइल और नीदरलैंड के वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि वास्तव में दूसरा मॉडल उनके आकार पर बूंदों के आकार की निर्भरता की व्याख्या कर सकता है।लेखकों द्वारा विकसित मॉडल गुरुत्वाकर्षण जैसे कारकों को ध्यान में रखते हुए, प्रयोगों में प्राप्त बूंदों के आकार की व्याख्या करता है। सबसे पहले, लेखकों ने एक पायस में तेल की एक बूंद की कुल ऊर्जा के लिए समीकरणों को संकलित किया। इस ऊर्जा में मानक सतह ऊर्जा, सतह की वक्रता के कारण अंतर-सतह ऊर्जा और बाहरी मोनोलेयर की झुकने वाली ऊर्जा शामिल होती है। इसके अलावा, छोटी बूंद की कुल ऊर्जा में उछाल और गुरुत्वाकर्षण का संतुलन शामिल है। इस संतुलन की ऊर्जा तेल और पानी के चरणों के बीच घनत्व के अंतर का परिणाम है।
काम के दौरान, अध्ययन के लेखकों ने विभिन्न रूपों में एक तेल बूंद की कुल ऊर्जा के घटकों के संख्यात्मक संकेतकों की गणना की: गोलाकार, इकोसाहेड्रल और फ्लैट हेक्सागोनल। इसके लिए, लेखकों ने कुल ऊर्जा के घटकों को अतिरिक्त रूप से विभाजित किया है: ईडब्ल्यू और ईएच - झुकने वाली ऊर्जा; ईसी - केशिका बलों की ऊर्जा; ES अंतर-सतह तनाव की ऊर्जा है; ईजी गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा है। ES को छोड़कर सभी घटक सीधे ड्रॉप के आकार पर निर्भर करते हैं।
त्रिज्या के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए, जिस पर गोलाकार से आईकोसाहेड्रल और इकोसाहेड्रल से फ्लैट हेक्सागोनल में संक्रमण होता है, वैज्ञानिकों ने इन संक्रमणों के लिए मूल्यों की सरणी प्राप्त करने के लिए संबंधित रूपों की ऊर्जा को एक-दूसरे के बराबर किया।
निश्चित गुरुत्वाकर्षण (पी) और केशिका (जी) घटकों के साथ खींचने वाले पैरामीटर (ϒ) के आधार पर एक रूप से दूसरे रूप में संक्रमण की त्रिज्या की निर्भरता।
लेखकों द्वारा प्राप्त डेटा जटिल कोलाइडल प्रणालियों में चरण संक्रमण की प्रक्रियाओं को समझने में बहुत मदद करेगा। उत्तरार्द्ध न केवल जीवन के कुछ तंत्रों को समझने में मदद करता है, बल्कि सामग्री विज्ञान के दृष्टिकोण से निरंतर रुचि पैदा करता है। उदाहरण के लिए, क्वांटम डॉट्स के कोलाइडल घोल के आधार पर, आधुनिक रसायन विज्ञान के एक बहुत ही महत्वपूर्ण संरचनात्मक टुकड़े - साइक्लोब्यूटेन के संश्लेषण के लिए एक उत्प्रेरक पहले ही बनाया जा चुका है।
