What is a nanoparticle in Hindi : नैनोपार्टिकल (nanoparticle) यानी अतिसूक्ष्म कण, जो पृथ्वी के निर्माण से ही मौजूद होने के बावजूद मनुष्य से अनभिज्ञ रहा है। लेकिन जैसे-जैसे विज्ञान और तकनीकी का विकास होता गया वैज्ञानिकों ने इसके अस्तित्व को पहचाना। वर्तमान में नैनोपार्टिकल ने विज्ञान की दुनिया में एक नए युग की शुरुआत कर दी है और भविष्य में इससे कई संभावनाएँ जुड़ चुकी हैं। तो आइए जानते हैं नैनोपार्टिकल क्या होता है (what is a nanoparticle in hindi) और उसके गुण, प्रकार व उपयोग क्या हैं?
नैनोपार्टिकल क्या होता है (What is a nanoparticle in Hindi)?
यह एक अतिसूक्ष्म कण होता है जिसका आकार 1 से 100 नैनोमीटर के बीच होता है और जिसे सामान्य आँखों से नहीं देखा जा सकता। नैनोकण अपने बड़े भौतिक समकक्षों के लिए काफी भिन्न भौतिक और रासायनिक गुणों का प्रदर्शन कर सकते हैं। एक नैनोपार्टिकल (nanoparticle) के आकार की तुलना इन संरचनाओं के आधार पर की जा सकती है।
| कण प्रकार (Particle type) | व्यास आकार सीमा (Diameter size range) |
| परमाणु और छोटे अणु | 0.1 nm (नैनो मीटर) |
| नैनोपार्टिकल (nanoparticle) | 1 से 100 nm (नैनो मीटर) |
| महीन कण (fine particle) {जिसे particulate matter भी कहा जाता है – PM2.5} | 100 से 2,500 nm (नैनो मीटर) |
| मोटे कण (coarse particles) {PM10 जैसे धूल} | 2500 से 10000 nm (नैनो मीटर) |
| कागज की मोटाई | 100000 nm (नैनो मीटर) |
यूरोपीय आयोग द्वारा दी गई परिभाषा में कहा गया है कि- “संख्या आकार वितरण में कणों के कम से कम आधे कणों का आकार 100 nm (नैनो मीटर) या उससे कम होना चाहिए। अधिकांश नैनोकण केवल कुछ सौ परमाणुओं से बने होते हैं।”
नैनोकण के प्रकार (Types of nanoparticles)
नैनोकणों को आकार, आकारिकी, भौतिक और रासायनिक गुणों के अनुसार विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। उनमें से कुछ कार्बन-आधारित नैनोपार्टिकल्स, सिरेमिक नैनोपार्टिकल्स, धातु नैनोपार्टिकल्स, अर्धचालक नैनोपार्टिकल्स, पॉलीमेरिक नैनोपार्टिकल्स और लिपिड-आधारित नैनोपार्टिकल्स हैं।
कार्बन-आधारित नैनोपार्टिकल्स (carbon based nanoparticles)-
कार्बन आधारित नैनोकणों में दो मुख्य सामग्रियां शामिल हैं: कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) और फुलरीन। सीएनटी और कुछ नहीं बल्कि ग्राफीन शीट एक ट्यूब में लुढ़क जाती है। इन सामग्रियों का उपयोग मुख्य रूप से संरचनात्मक सुदृढीकरण के लिए किया जाता है क्योंकि वे स्टील से 100 गुना अधिक मजबूत होते हैं। सीएनटी को एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) और बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) में वर्गीकृत किया जा सकता है। सीएनटी एक तरह से अद्वितीय हैं क्योंकि वे लंबाई के साथ तापीय प्रवाहकीय हैं और पूरे ट्यूब में गैर-प्रवाहकीय हैं।
फुलरीन कार्बन के अलॉट्रोप हैं जिनमें 60 या अधिक कार्बन परमाणुओं के खोखले पिंजरे की संरचना होती है। C-60 की संरचना को बकमींस्टरफुलरीन कहा जाता है, और यह एक खोखले फुटबॉल की तरह दिखता है। इन संरचनाओं में कार्बन इकाइयों में एक पंचकोणीय और षट्कोणीय व्यवस्था होती है। इनकी विद्युत चालकता, संरचना, उच्च शक्ति और इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के कारण इनका व्यावसायिक अनुप्रयोग है।
सिरेमिक नैनोपार्टिकल्स (Ceramic nanoparticles)-
सिरेमिक नैनोपार्टिकल्स ऑक्साइड, कार्बाइड, कार्बोनेट और फॉस्फेट से बने अकार्बनिक ठोस होते हैं। इन नैनोकणों में उच्च ताप प्रतिरोध और रासायनिक जड़ता होती है। उनके पास फोटोकैटलिसिस, रंगों के फोटोडिग्रेडेशन, दवा वितरण और इमेजिंग में अनुप्रयोग हैं। सिरेमिक नैनोकणों की कुछ विशेषताओं जैसे आकार, सतह क्षेत्र, सरंध्रता, सतह से आयतन अनुपात आदि को नियंत्रित करके, वे एक अच्छे दवा वितरण एजेंट के रूप में प्रदर्शित करते हैं। इन नैनोकणों का उपयोग कई बीमारियों जैसे जीवाणु संक्रमण, ग्लूकोमा, कैंसर आदि के लिए दवा वितरण प्रणाली के रूप में प्रभावी ढंग से किया गया है।
धातु नैनोकण (Metal nanoparticles)-
धातु के नैनोकणों को धातु के अग्रदूतों से तैयार किया जाता है। इन नैनोकणों को रासायनिक, विद्युत रासायनिक या प्रकाश रासायनिक विधियों द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है। रासायनिक विधियों में, धातु के नैनोकणों को रासायनिक कम करने वाले एजेंटों द्वारा समाधान में धातु-आयन अग्रदूतों को कम करके प्राप्त किया जाता है। इनमें छोटे अणुओं को सोखने और उच्च सतह ऊर्जा रखने की क्षमता होती है। इन नैनोकणों में अनुसंधान क्षेत्रों, जैव अणुओं का पता लगाने और इमेजिंग और पर्यावरण और जैव विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों में अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए SEM में विश्लेषण करने से पहले नमूने को कोट करने के लिए सोने के नैनोकणों का उपयोग किया जाता है। यह आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक स्ट्रीम को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिससे हमें उच्च गुणवत्ता वाली इमेज प्राप्त करने में मदद मिलती है।
अर्धचालक नैनोपार्टिकल्स (Semiconductor Nanoparticles)-
अर्धचालक नैनोकणों में धातु और अधातु जैसे गुण होते हैं। वे आवर्त सारणी में II-VI, III-V या IV-VI समूहों में पाए जाते हैं। इन कणों में व्यापक बैंडगैप होते हैं, जो ट्यूनिंग पर विभिन्न गुण दिखाते हैं। उनका उपयोग फोटोकैटलिसिस, इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों, फोटो-ऑप्टिक्स और पानी के बंटवारे के अनुप्रयोगों में किया जाता है।अर्धचालक नैनोकणों के कुछ उदाहरण हैं:
- समूह III-V से GaN, GaP, InP, InAs
- समूह II-VI से ZnO, ZnS, CdS, CdSe अर्धचालक हैं।
- सिलिकॉन और जर्मेनियम समूह IV से हैं।
पॉलिमरिक नैनोपार्टिकल्स (Polymer nanoparticles)-
पॉलिमरिक नैनोपार्टिकल्स कार्बनिक आधारित नैनोपार्टिकल्स हैं। तैयार करने की विधि के आधार पर, इनकी संरचना नैनोकैप्सुलर या नैनोस्फियर के आकार की होती है। एक नैनोस्फीयर कण में मैट्रिक्स जैसी संरचना होती है जबकि नैनोकैप्सुलर कण में कोर-शेल आकारिकी होती है। पूर्व में, सक्रिय यौगिक और बहुलक समान रूप से बिखरे हुए हैं जबकि बाद में सक्रिय यौगिक एक बहुलक खोल से घिरे और घिरे हुए हैं। पॉलीमेरिक नैनोकणों के कुछ गुण नियंत्रित रिलीज, दवा अणुओं की सुरक्षा, चिकित्सा और इमेजिंग को संयोजित करने की क्षमता, विशिष्ट लक्ष्यीकरण और कई अन्य हैं। उनके पास दवा वितरण और निदान में अनुप्रयोग हैं। पॉलिमरिक नैनोकणों के साथ दवा वितरण अत्यधिक बायोडिग्रेडेबल है।
लिपिड-आधारित नैनोपार्टिकल्स (lipid based nanoparicles)
लिपिड नैनोपार्टिकल्स आमतौर पर आकार में गोलाकार होते हैं जिनका व्यास 10 से 100nm तक होता है। इसमें लिपिड से बना एक ठोस कोर और घुलनशील लिपोफिलिक अणुओं वाला एक मैट्रिक्स होता है। इन नैनोकणों के बाहरी कोर को सर्फेक्टेंट और इमल्सीफायर द्वारा स्थिर किया जाता है।
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नैनोकण के गुण (Properties of nanoparticle)
- जैसे-जैसे नैनोकणों का आकार परमाणु पैमाने के करीब आता है, भौतिक गुण बदलते हैं। यह सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात में वृद्धि के कारण है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री के सतह परमाणु सामग्री के प्रदर्शन पर हावी हो जाते हैं।
- उनके बहुत छोटे आकार के कारण, पाउडर, प्लेट और शीट जैसे थोक सामग्री की तुलना में नैनोकणों का सतह क्षेत्र और आयतन अनुपात बहुत बड़ा होता है।
- यह सुविधा नैनोकणों को अप्रत्याशित ऑप्टिकल, भौतिक और रासायनिक गुणों को रखने में सक्षम बनाती है, क्योंकि वे अपने इलेक्ट्रॉनों को सीमित करने और क्वांटम प्रभाव पैदा करने के लिए काफी छोटे हैं। उदाहरण के लिए- तांबे को एक नरम सामग्री माना जाता है, जिसमें थोक तांबा झुकता है जब इसके परमाणु 50nm पैमाने पर क्लस्टर होते हैं। नतीजतन, 50nm से छोटे तांबे के नैनोकणों को एक बहुत ही कठिन सामग्री माना जाता है, थोक तांबे की तुलना में काफी अलग लचीलापन।
- आकार में परिवर्तन पिघलने की विशेषताओं को भी प्रभावित कर सकता है; सोने के नैनोकण थोक सोने (1064 डिग्री सेल्सियस) की तुलना में बहुत कम तापमान (2.5nm आकार के लिए 300 डिग्री सेल्सियस) पर पिघलते हैं।
- इसके अलावा, सामग्री की निरंतर शीट की पतली फिल्मों की तुलना में नैनोकण (nanoparticle) से बनी सामग्री में सौर विकिरण का अवशोषण बहुत अधिक होता है।
नैनोकण के उपयोग/अनुप्रयोग क्या हैं (What are the uses/ applications of nanoparticle)?
इंजीनियरिंग क्षेत्र में-
एक विशेष कार्य करने के लिए इंजीनियरिंग के माध्यम से उद्देश्यपूर्ण रूप से उत्पादित किए जा सकते हैं। नैनोपार्टिकल के आकार, आकार और सामग्री को नियंत्रित करने से इंजीनियरों को फोटोवोल्टिक (पीवी) और सौर तापीय उत्पादों को अनुरूप सौर अवशोषण दरों के साथ डिजाइन करने में सक्षम बनाता है। सामग्री की निरंतर शीट की पतली फिल्मों की तुलना में नैनोकणों से बनी सामग्री में सौर विकिरण का अवशोषण बहुत अधिक होता है।
सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में-
खनिज नैनोकणों – जैसे टाइटेनियम ऑक्साइड – का उपयोग सनस्क्रीन में किया जाता है, क्योंकि खराब स्थिरता के कारण पारंपरिक रासायनिक यूवी संरक्षण लंबी अवधि में प्रदान करता है। जैसे ही थोक सामग्री होगी, टाइटेनियम ऑक्साइड नैनोपार्टिकल्स बेहतर यूवी संरक्षण प्रदान करने में सक्षम हैं, जबकि उनके नैनो-रूप में सनस्क्रीन से जुड़े कॉस्मेटिक रूप से अप्राप्य व्हाइटनिंग को हटाने का अतिरिक्त लाभ भी है।
स्वास्थ्य सेवा क्षेत्र में-
उदाहरण के लिए, विभिन्न तरीकों से नैनोमटेरियल्स का उपयोग करता है, जिसमें एक प्रमुख उपयोग दवा वितरण है। इस प्रक्रिया का एक उदाहरण यह है कि नैनोकणों को सीधे कैंसर के विकास के लिए कीमोथेरेपी दवाओं के परिवहन में सहायता के लिए विकसित किया जा रहा है, साथ ही कार्डियोवैस्कुलर बीमारी से लड़ने के लिए क्षतिग्रस्त धमनियों के क्षेत्रों में दवाओं को वितरित करने के लिए भी विकसित किया जा रहा है। बैक्टीरिया सेंसर बनाने के लिए नैनोट्यूब में एंटीबॉडी को जोड़ने जैसी प्रक्रियाओं में उपयोग करने के लिए कार्बन नैनोट्यूब भी विकसित किए जा रहे हैं।
खेल सामग्री उद्योग में-
बेसबॉल बैट के निर्माण में अब कार्बन नैनोट्यूब उपयोग में लाये जाने लगे हैं, जिससे अधिकतर बैट काफी हल्के आने लगे हैं और इसलिए उनके प्रदर्शन में सुधार हुआ है। इस उद्योग में नैनोमटेरियल्स के आगे उपयोग को बैक्टीरिया के कारण होने वाली बीमारियों को रोकने के लिए खिलाड़ियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले तौलिये और मैट जैसी वस्तुओं में रोगाणुरोधी नैनो तकनीक के उपयोग में पहचाना जा सकता है।
सेना के क्षेत्र में-
सेना में उपयोग के लिए नैनो सामग्री भी विकसित की गई है। एक उदाहरण मोबाइल वर्णक नैनोकणों का उपयोग छलावरण का एक बेहतर रूप बनाने के लिए उपयोग किया जा रहा है। इसके अतिरिक्त, सेना ने टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसे नैनोमटेरियल्स का उपयोग करके सेंसर सिस्टम विकसित किए हैं, जो जैविक एजेंटों का पता लगा सकते हैं।
अन्य–
एयरोस्पेस में, कार्बन नैनोट्यूब का इस्तेमाल एयरक्राफ्ट विंग्स के आकार बदलने(morphing) में किया जा सकता है। विद्युत वोल्टेज के अनुप्रयोग के जवाब में झुकने के लिए नैनोट्यूब का उपयोग समग्र रूप में किया जाता है। नैनो-टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग कोटिंग्स में स्वयं-सफाई सतहों, जैसे प्लास्टिक गार्डन कुर्सियों के रूप में उपयोग करने के लिए भी विस्तारित होता है। इसके अलावा कई उद्योगों में बड़े पैमाने पर किया जाता है, जैसे कि अपघर्षक पाउडर निर्माण, कोटिंग्स उत्पादन और ऑप्टिकल फाइबर।
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