जैव-सामग्रियों में आणविक स्व-संयोजन

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।

एक लिथियम-आयन (Li-ion) बैटरी एक रिचार्जेबल बैटरी है जहाँ डिस्चार्ज के दौरान लिथियम आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) से एक इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) तक जाते हैं, और चार्जिंग के दौरान वापस आते हैं। यह कैथोड सामग्री के रूप में एक अंतःस्थापित लिथियम यौगिक और आमतौर पर एनोड के रूप में ग्रेफाइट का उपयोग करती है। लिथियम की उच्च प्रतिक्रियाशीलता उच्च ऊर्जा घनत्व की अनुमति देती है।

सीआईई श्वेतता सूचकांक, अंतर्राष्ट्रीय प्रकाश आयोग द्वारा श्वेतता की अनुभूति को मापने के लिए निर्धारित एक मानकीकृत सूत्र है। इसकी गणना सीआईई त्रिउत्तेजना मानों (X, Y, Z) और नमूने तथा संदर्भ प्रकाश स्रोत के रंग निर्देशांकों (x, y) से की जाती है। इसका प्राथमिक सूत्र है: [latex]W_{CIE} = Y + 800(x_n - x) + 1700(y_n - y)[/latex]।

आईएसओ 5725 मानक सटीकता को सत्यता और परिशुद्धता के संयोजन के रूप में परिभाषित करता है। सत्यता, माप की एक बड़ी श्रृंखला के माध्य का स्वीकृत संदर्भ मान के करीब होना है, जो व्यवस्थित त्रुटि या पूर्वाग्रह को मापती है। परिशुद्धता, परिणामों के एक सेट के बीच समझौते की निकटता है, जो यादृच्छिक त्रुटि को मापती है। इस प्रकार, सटीकता के लिए उच्च सत्यता और उच्च परिशुद्धता दोनों की आवश्यकता होती है।

कमल प्रभाव कमल के पौधे की पत्तियों के स्व-सफाई गुण का वर्णन करता है। इसकी सतह सूक्ष्म पैपिला से ढकी होती है, जिन पर एपिक्यूटिकुलर मोम क्रिस्टल की परत चढ़ी होती है, जिससे एक अतिजलरोधी सतह बनती है। पानी की बूंदें उच्च संपर्क कोण ([latex]theta > 150^{circ}[/latex]) और कम लुढ़कने वाले कोण के साथ बूंदों के रूप में जमा हो जाती हैं, और लुढ़कते हुए धूल के कणों को अपने साथ ले जाती हैं, इस प्रकार पत्ती को साफ करती हैं।

रेटिकुलर रसायन विज्ञान MOFs के लिए डिज़ाइन सिद्धांत है, जिसमें पूर्वनिर्धारित आणविक निर्माण खंडों (धातु नोड्स और कार्बनिक लिंकर्स) को विस्तारित, व्यवस्थित संरचनाओं में अनुमानित टोपोलॉजी के साथ इकट्ठा करना शामिल है। इस सिद्धांत का एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन आइसोरैटिकुलर MOFs का संश्लेषण है, जहाँ अंतर्निहित नेटवर्क टोपोलॉजी को बनाए रखा जाता है जबकि धीरे-धीरे लंबे कार्बनिक लिंकर्स का उपयोग करके छिद्र आकार को व्यवस्थित रूप से बढ़ाया जाता है।

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।

एक एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर (SET) एक स्विचिंग डिवाइस है जो एकल इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए नियंत्रित इलेक्ट्रॉन टनलिंग का उपयोग करता है। इसमें एक क्वांटम डॉट ('द्वीप') होता है जो टनल जंक्शनों के माध्यम से स्रोत और ड्रेन लीड से जुड़ा होता है, और एक गेट इलेक्ट्रोड से कैपेसिटिव रूप से जुड़ा होता है। इसका संचालन कूलम्ब नाकाबंदी प्रभाव पर निर्भर करता है, जिससे अत्यधिक संवेदनशीलता और कम बिजली की खपत संभव होती है।

1986 में, जॉर्ज बेडनोरज़ और के. एलेक्स मुलर ने एक सिरेमिक सामग्री, एक लैंथेनम-आधारित क्यूप्रेट पेरोव्स्काइट में, लगभग 35 K के महत्वपूर्ण तापमान पर अतिचालकता की खोज की। यह उस समय के पारंपरिक अतिचालकों के लिए ~23 K के रिकॉर्ड से काफी अधिक था और इस विश्वास को तोड़ दिया कि अतिचालकता बहुत कम तापमान तक सीमित थी, जिससे उच्च-तापमान अतिचालकता का क्षेत्र खुल गया।

कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) एकल-परत कार्बन परमाणुओं (ग्राफीन) की लुढ़की हुई चादरों के बेलनाकार अणु होते हैं। वे सिंगल-वॉल वाले (SWCNTs) या मल्टी-वॉल वाले (MWCNTs) हो सकते हैं। उनके गुण असाधारण हैं, जिनमें असाधारण तन्य शक्ति (~100 GPa), उच्च विद्युत चालकता और उच्च तापीय चालकता शामिल है। उनका इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार (धात्विक या अर्धचालक) उनकी काइरैलिटी पर निर्भर करता है, यानी, ग्राफीन जालक के रोल-अप का कोण।

मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (MOFs) धातु-युक्त नोड्स (द्वितीयक निर्माण इकाइयाँ, SBUs) और कार्बनिक लिगेंड्स, जिन्हें लिंकर्स के रूप में जाना जाता है, से निर्मित क्रिस्टलीय झरझरा सामग्री हैं। ये घटक विस्तारित, एक-, दो- या त्रि-आयामी समन्वय पॉलिमर में स्व-संयोजन करते हैं। धातु और लिंकर का चुनाव परिणामी फ्रेमवर्क की टोपोलॉजी, छिद्र आकार और रासायनिक कार्यक्षमता को निर्धारित करता है, जिससे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उच्च स्तर की ट्यूनेबिलिटी सक्षम होती है।

सॉल्वोथर्मल संश्लेषण उच्च-गुणवत्ता वाले, क्रिस्टलीय मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क के उत्पादन के लिए सबसे आम तरीका है। इस प्रक्रिया में एक सीलबंद बर्तन, जैसे कि टेफ्लॉन-लाइन्ड ऑटोक्लेव में धातु के नमक और कार्बनिक लिंकर के घोल को गर्म करना शामिल है। बढ़ा हुआ तापमान और दबाव पूर्ववर्तियों के विघटन को सुगम बनाता है और कई घंटों या दिनों में थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर MOF उत्पाद के क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देता है।

मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क की एक परिभाषित विशेषता उनका असाधारण रूप से उच्च आंतरिक सतह क्षेत्र और सरंध्रता है। व्यवस्थित, क्रिस्टलीय संरचना सु-परिभाषित छिद्र और चैनल बनाती है, जिससे ब्रूनौएर-एम्मेट-टेलर (BET) सतह क्षेत्र 7,000 m²/g से अधिक हो सकते हैं। यह मान ज़ियोलाइट्स या सक्रिय कार्बन जैसे पारंपरिक झरझरा सामग्रियों से कहीं अधिक है, जिससे विशाल आंतरिक सतह आणविक अधिशोषण के लिए आसानी से सुलभ हो जाती है।