विफलता का भौतिकी (PoF)

टॉप-डाउन संश्लेषण में नैनोमैटेरियल्स का निर्माण एक बड़े, ठोस पदार्थ से शुरू करके, उसे नैनोस्केल तक तोड़कर या उसका पैटर्न बनाकर किया जाता है। प्रमुख तकनीकों में बॉल मिलिंग जैसी यांत्रिक विधियाँ और फोटोलिथोग्राफी, इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी और नैनोइम्प्रिंट लिथोग्राफी जैसी लिथोग्राफिक विधियाँ शामिल हैं। इन विधियों का उपयोग अक्सर संरचित सतहों और एकीकृत परिपथों के निर्माण के लिए किया जाता है, लेकिन इनमें सतही अपूर्णताओं की समस्या हो सकती है।

फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण (FES) एक रोटर (फ्लाईव्हील) को बहुत तेज़ गति से त्वरित करके और सिस्टम में घूर्णी गतिज ऊर्जा के रूप में ऊर्जा को बनाए रखकर कार्य करता है। संग्रहित ऊर्जा घूर्णी गति के वर्ग के समानुपाती होती है। जब ऊर्जा निकाली जाती है, तो फ्लाईव्हील का घूर्णन धीमा हो जाता है। संग्रहित ऊर्जा का सूत्र [latex]E = frac{1}{2} I omega^2[/latex] है, जहाँ I जड़त्व आघूर्ण है और ω कोणीय वेग है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स मौलिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों के रूप में व्यक्तिगत अणुओं या नैनोस्केल आणविक संग्रहों के उपयोग का अन्वेषण करता है। इस दृष्टिकोण का उद्देश्य पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित प्रौद्योगिकी से कहीं आगे, लघुकरण की चरम सीमा तक परिपथों का निर्माण करना है। प्रमुख घटकों में आणविक तार, स्विच और रेक्टिफायर शामिल हैं, जो अपने कार्य के लिए आणविक कक्षीयों के माध्यम से इलेक्ट्रॉन टनलिंग जैसे क्वांटम यांत्रिक गुणों का लाभ उठाते हैं।

क्वांटम आकार प्रभाव उस घटना का वर्णन करता है जहां किसी पदार्थ के इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण उसके आकार के नैनोस्केल के करीब पहुंचने पर बदल जाते हैं। जब किसी पदार्थ के आयाम इलेक्ट्रॉन की डी ब्रोगली तरंगदैर्ध्य के तुलनीय हो जाते हैं, तो क्वांटम परिरोधन होता है। यह इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों को परिमाणित करता है, जिससे आकार-निर्भर बैंड गैप उत्पन्न होता है, [latex]E_g(R) approx E_{g,bulk} + frac{hbar^2pi^2}{2R^2}(frac{1}{m_e^*} + frac{1}{m_h^*})[/latex]।

नम हवा में किसी द्रव सतह पर जल का साम्य वाष्प दाब ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) शुद्ध जल की सतह पर साम्य वाष्प दाब ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]) से थोड़ा अधिक होता है। इस अंतर को जल वाष्प संवर्धन कारक, [latex]f_w[/latex] द्वारा मापा जाता है, जो नम हवा के तापमान और दाब पर निर्भर करता है। संबंध इस प्रकार है: [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) cdot p^*_{H_2O}[/latex]।

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के मिश्र धातुओं से बने मजबूत स्थायी चुंबक होते हैं। 1970 और 1980 के दशक में विकसित, सबसे सामान्य प्रकार नियोडिमियम चुंबक (NdFeB) और समैरियम-कोबाल्ट चुंबक (SmCo) हैं। वे बनाए गए स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं, जो फेराइट या अलिनको चुंबकों की तुलना में काफी मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, जिससे कई प्रौद्योगिकियों में लघुकरण और बेहतर प्रदर्शन संभव हो पाता है। नोट: 'दुर्लभ-पृथ्वी तत्व' शब्द एक ऐतिहासिक भ्रामक नाम है। ये तत्व पृथ्वी की पपड़ी में असाधारण रूप से दुर्लभ नहीं हैं। सीरियम, सबसे प्रचुर मात्रा में, 25वां सबसे प्रचुर तत्व है, जो तांबे के समान है। यहाँ तक कि सबसे कम प्रचुर स्थिर दुर्लभ-पृथ्वी, ल्यूटेशियम, सोने की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक सामान्य है। 'दुर्लभ' लेबल इसलिए उत्पन्न हुआ क्योंकि उन्हें अलग करना मुश्किल था।

1960 के दशक में फ्रांसीसी इंजीनियर पियरे बेज़ियर द्वारा रेनॉल्ट के लिए विकसित किया गया, यूनिसर्फ शुरुआती वास्तविक 3डी सीएडी/कैम सिस्टमों में से एक था। इसकी मुख्य नवीनता बेज़ियर वक्रों और सतहों के उपयोग में थी, जिन्हें अब इसी नाम से जाना जाता है। ये नियंत्रण बिंदुओं के एक समूह द्वारा परिभाषित पैरामीट्रिक वक्र हैं, जो कार बॉडी के लिए जटिल मुक्त-आकारों के सहज और गणितीय निर्माण की अनुमति देते हैं।

सुपरकंडक्टिंग मैग्नेटिक एनर्जी स्टोरेज (SMES) प्रणालियाँ सुपरकंडक्टिंग कॉइल में डायरेक्ट करंट के प्रवाह से उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा संग्रहित करती हैं। जब तक कॉइल को सुपरकंडक्टिंग तापमान पर रखा जाता है, तब तक ऊर्जा अनिश्चित काल तक संग्रहित की जा सकती है, क्योंकि विद्युत प्रतिरोध के कारण ऊर्जा का नुकसान लगभग न के बराबर होता है। संग्रहित ऊर्जा का सूत्र [latex]E = frac{1}{2} LI^2[/latex] है।

गांज़-ग्रीसर श्वेतता सूचकांक एक रैखिक सूत्र है जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से वस्त्र उद्योग में। यह CIE त्रिउत्तेजना मानों से व्युत्पन्न होता है और इसे [latex]W_{GG} = Y - Px - Qy + C[/latex] के रूप में परिभाषित किया जाता है, जहाँ P, Q और C प्रकाश स्रोत और प्रेक्षक के लिए विशिष्ट स्थिरांक हैं। D65/10° स्थिति के लिए, सूत्र [latex]W_{GG} = Y - 1868.322x - 3695.690y + 1809.441[/latex] है।

लिथियम-आयन बैटरियां एक अंतर्संयोजन तंत्र के माध्यम से कार्य करती हैं, जो कि एक स्तरित होस्ट सामग्री में आयनों का प्रतिवर्ती सम्मिलन है। डिस्चार्ज के दौरान, लिथियम आयन (Li⁺) एक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड), जो आमतौर पर ग्रेफाइट होता है, से विकेंद्रित होते हैं और एक गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हुए एक धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), जो आमतौर पर एक धातु ऑक्साइड होता है, में अंतर्संयोजन करते हैं। इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ में प्रवाहित होते हैं, जिससे धारा उत्पन्न होती है।

डिस्चार्ज की गहराई (DoD) बैटरी की क्षमता का वह प्रतिशत दर्शाती है जो डिस्चार्ज हो चुका है। यह चार्ज की स्थिति (SoC) का व्युत्क्रम है, जहाँ 100% DoD का अर्थ है कि बैटरी पूरी तरह से खाली है। बैटरी का चक्र जीवन उसके औसत DoD पर बहुत अधिक निर्भर करता है; कम DoD चक्र (उदाहरण के लिए, केवल 80% क्षमता तक डिस्चार्ज होना) बैटरी के सहन करने योग्य चक्रों की संख्या को काफी बढ़ा देते हैं।

MEMS के स्केलिंग नियम बताते हैं कि कैसे भौतिक बल और गुणधर्म तब बदलते हैं जब उपकरण के आयाम सूक्ष्म पैमाने तक सिकुड़ जाते हैं। गुरुत्वाकर्षण और जड़त्व से संचालित स्थूल जगत के विपरीत, सूक्ष्म क्षेत्र सतही बलों जैसे सतह तनाव, श्यानता और स्थिरवैद्युत बलों द्वारा नियंत्रित होते हैं। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल आयतन (L³) के साथ बढ़ता है, जबकि स्थिरवैद्युत बल क्षेत्रफल (L²) के साथ बढ़ता है, और छोटे आकार में अपेक्षाकृत अधिक मजबूत हो जाता है।

नियोडिमियम चुंबक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं। वे नियोडिमियम, आयरन और बोरॉन के एक त्रिअंगी मिश्र धातु हैं, जिसका स्टोइकियोमेट्रिक सूत्र Nd2Fe14B है। उनकी अपार चुंबकीय शक्ति सामग्री की उच्च चुंबकीय अनिसोट्रॉपी और संतृप्ति चुंबकत्व से उत्पन्न होती है, जो इसकी चतुष्कोणीय क्रिस्टल संरचना से प्राप्त होती है। हालांकि, वे भंगुर होते हैं, संक्षारण के प्रति संवेदनशील होते हैं, और उनका क्यूरी तापमान कम होता है।