നാനോതലത്തില്‍ സ്വര്‍ണ്ണകണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും കണങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള അകലങ്ങളും പുനക്രമീകരിച്ചാണ്, കൃത്രമഇല പോലെ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന കറുത്തപൊന്ന് ഗവേഷകര്‍ സൃഷ്ടിച്ചത്

ലോകത്തെ ഏറ്റവും മികച്ച പാചകം നടക്കുന്നത് എവിടെയെന്ന് അറിയാമോ? പ്രശസ്തമായ റെസ്റ്റോറണ്ടുകളിലോ ഹോട്ടലുകളിലോ അല്ല, സസ്യങ്ങളുടെ ഇലകളിലാണ്-ഇലകളിലും ഹരിതകമുള്ള സസ്യഭാഗങ്ങളിലും! സംശയിക്കേണ്ട, സംഗതി സത്യമാണ്. ലോകത്തിന്റെ പാചകപ്പുര പച്ചനിറമുള്ള ഇലകളാണ്! 

ഇലകളില്‍ അരങ്ങേറുന്ന പാചകവിധിയുടെ പേര് പ്രകാശസംശ്ലേഷണം (ഫോട്ടോ സിന്തസിസ്) എന്നാണ്. സൂര്യനില്‍ നിന്നുള്ള പ്രകാശോര്‍ജ്ജം ധാന്യകമാക്കി മാറ്റുന്ന മറിമായമാണ് ഇലകളില്‍ നടക്കുന്നത്. അതിനായി, മണ്ണില്‍നിന്ന് വെള്ളവും വായുവില്‍ നിന്ന് കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡിഡും സസ്യങ്ങള്‍ സ്വീകരിക്കുന്നു. സൗരോര്‍ജ്ജത്തില്‍ നിന്ന് ധാന്യകം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനൊപ്പം ജീവവായുവായ ഒക്‌സിജന്‍ പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു.

മറ്റു ജീവജാലങ്ങള്‍ക്ക് സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍ നിന്ന് ധാന്യകം നിര്‍മിക്കുന്ന വിദ്യ വശമില്ലാത്തതുകൊണ്ട്, ഇക്കാര്യത്തിന് സസ്യലോകത്തെ ആശ്രയിക്കുകയേ നിവൃത്തിയുള്ളൂ. കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡ് ആഗിരണം ചെയ്ത് ഓക്‌സിജന്‍ പുറത്തുവിടുന്നതിനാല്‍, പ്രകാശസംശ്ലേഷണമെന്ന വിദ്യ ആഗോളതാപനം ചെറുക്കാനും പ്രയോജനപ്പെടുന്നു. കാടും പച്ചപ്പുമൊക്കെ സംരക്ഷിക്കണമെന്ന് പറയുന്നത് വെറുതെയല്ലെന്നു സാരം! 

മുംബൈയിലെ 'ടാറ്റ ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട് ഓഫ് ഫണ്ടമെന്റല്‍ റിസര്‍ച്ചി' (ടി.ഐ.എഫ്.ആര്‍) ല്‍ പ്രൊഫ.വിവേക് പോള്‍ഷെട്ടിവറുടെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഗവേഷകസംഘം അടുത്തയിടെ നടത്തിയ മുന്നേറ്റത്തെപ്പറ്റി അറിയുമ്പോള്‍, മേല്‍പ്പറഞ്ഞ സംഗതി ഓര്‍മവരും. നാനോടെക്‌നോളജിയുടെ സാധ്യതകളുപയോഗിച്ച് ഏതാണ്ട് ഹരിതഇലകളെപ്പോലെ സ്വര്‍ണ്ണത്തെ മാറ്റുകയാണ് ഗവേഷകര്‍ ചെയ്തത്! സൂര്യപ്രകാശവും കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡും ആഗിരണം ചെയ്ത് ജൈവഇന്ധനം (മീഥേന്‍) പുറത്തുവിടുന്ന പദാര്‍ഥത്തെയാണ് സ്വര്‍ണ്ണമുപയോഗിച്ച് അവര്‍ സൃഷ്ടിച്ചത്!  

ജൈവഇന്ധനം മുതല്‍ കടല്‍ജലത്തില്‍ നിന്ന് കുടിവെള്ളം വരെ ലഭ്യമാക്കാന്‍ കഴിയുന്ന പദാര്‍ഥമാണ് സ്വര്‍ണ്ണത്തിന്റെ നാനോകണങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ടി.ഐ.എഫ്.ആര്‍.സംഘം രൂപപ്പെടുത്തിയത്. കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡ് (CO2) സ്വീകരിച്ച് ജൈവഇന്ധനമായ മീഥേന്‍ (CH4) പുറത്തുവിടുന്നതിനാല്‍, ആഗോളതാപനം ചെറുക്കാനും പുതിയ കണ്ടെത്തല്‍ സഹായിക്കുമെന്ന്, റോയല്‍ സൊസൈറ്റി ഓഫ് കെമിസ്ട്രിയുടെ 'കെമിക്കല്‍ സയന്‍സ്' ജേര്‍ണലില്‍ (Chemical Science, Issue 27, 2019) പ്രസിദ്ധീകരിച്ച റിപ്പോര്‍ട്ട് പറയുന്നു.

നാനോതലത്തില്‍ സ്വര്‍ണ്ണകണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും, കണങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള അകലങ്ങളും പുനക്രമീകരിച്ചാണ്, വിശിഷ്ടഗുണങ്ങളുള്ള പദാര്‍ഥം ഗവേഷകര്‍ സൃഷ്ടിച്ചത്. സ്വര്‍ണ്ണമാണ് ഉപയോഗിച്ചതെങ്കിലും, പുതിയ പദാര്‍ഥത്തിന് സാധാരണ സ്വര്‍ണ്ണ (Au) ത്തിന്റെ സ്വഭാവമോ നിറമോ ഇല്ല. കറുത്തനിറമാണ് ഉള്ളത്. അതുകൊണ്ട് ഗവേഷകര്‍ അതിന് 'ബ്ലാക്ക്‌ഗോള്‍ഡ്' (കറുത്തപൊന്ന്) എന്നു പേരിട്ടു. 

TIFR scientists created Black Gold
കറുത്തപൊന്ന് രൂപപ്പെടുത്തിയ ടി.ഐ.എഫ്.ആര്‍.സംഘം. ഇടത്തുനിന്ന് നാലാമത് വിവേക് പോള്‍ഷെട്ടിവര്‍. Pic Credit: Vivek Polshettiwar/TIFR, Mumbai

രാസപരമായി വളരെ സ്ഥിരതയുള്ള ലോഹമാണ് സ്വര്‍ണ്ണം. അങ്ങനെയുള്ള സ്വര്‍ണ്ണത്തെപ്പോലും, വിചിത്രസ്വഭാവം പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന പദാര്‍ഥമായി മാനിപ്പുലേറ്റ് ചെയ്യാന്‍ നാനോടെക്‌നോളജി വഴിയൊരുക്കുന്നു. ഒരു മീറ്ററിന്റെ നൂറുകോടിയലൊന്നാണ് ഒരു നാനോമീറ്റര്‍ (nm). ഒരു കടലാസിന്റെ കനം (thickness) പരിഗണിക്കുക. അത് ഏതാണ്ട് ഒരുലക്ഷം നാനോമീറ്ററിന് തുല്യമായിരിക്കും. മറ്റൊരു ഉദാഹരണം നോക്കാം. ഒരു മാര്‍ബിളിന്റെ കനം ഒരു നാനോമീറ്റര്‍ എന്നു സങ്കല്‍പ്പിച്ചാല്‍, ഒരു മീറ്റര്‍ എന്നത് ഭൂമിയുടെ അത്ര വരും! 

പദാര്‍ഥങ്ങളെ നാനോമീറ്റര്‍ പരിധിയില്‍ പഠിക്കുക എന്നു പറഞ്ഞാല്‍, തന്മാത്രകളുടെയും ആറ്റങ്ങളുടെയും തലത്തില്‍ പഠിക്കുക എന്നാണര്‍ഥം. ഒന്നു മുതല്‍ നൂറ് നാനോമീറ്റര്‍ വരെയുള്ള പരിധിയിലാണ് നാനോടെക്‌നോളജിയില്‍ കാര്യങ്ങള്‍ നടക്കുന്നത്. 

'സ്‌കാനിങ് ടണലിങ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ്' (STM), 'ആറ്റമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ്' (AFM) എന്നീ ഉപകരണങ്ങളാണ് നാനോടെക്‌നോളജി എന്ന പഠനശാഖ ശക്തിപ്പെടാന്‍ കാരണമായത്. ആറ്റങ്ങളെയും തന്മാത്രകളെയും ഒന്നൊന്നായി കാണാനും നിയന്ത്രിക്കാനും കഴിയുന്നത് ഈ ഉപകരണങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെയാണ്. പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ സാധാരണസ്വഭാവമാകില്ല അവ നാനോതലത്തില്‍ പ്രകടിപ്പിക്കുക. വിചിത്രമായ പല സവിശേഷതകളും പ്രകടിപ്പിക്കും. ഉരുകല്‍ നില (melting point), നിറം, ഉറപ്പ്, രാസപ്രവര്‍ത്തനം എന്നിവയിലൊക്കെ വ്യത്യാസം വരാം. സ്വര്‍ണ്ണത്തില്‍ നിന്ന് കറുത്തപൊന്ന് രൂപപ്പെടുത്തിയതില്‍ അത്ഭുതമില്ലെന്ന് സാരം. 

'മറ്റേതെങ്കിലും പദാര്‍ഥത്തില്‍ സ്വണ്ണത്തിന്റെ നാനോകണങ്ങള്‍ പതിപ്പിക്കുകയല്ല ചെയ്തത്. മറ്റേതെങ്കിലും വസ്തു ചേര്‍ക്കുകയും ചെയ്തിട്ടില്ല'-കറുത്തപൊന്ന് രൂപപ്പെടുത്തിയ സംഘത്തിലെ മുഖ്യഗവേഷകന്‍ വിവേക് പോള്‍ഷെട്ടിവാര്‍ 'ഇന്ത്യ സയന്‍സ് വയറി'നോട് പറഞ്ഞു. 'സ്വര്‍ണ്ണത്തിന്റെ നാനോകണങ്ങള്‍ക്കിടയിലെ അകലങ്ങള്‍ പുനക്രമീകരിക്കുകയാണ് ഞങ്ങള്‍ ചെയ്തത്'. ഗവേഷകര്‍ അതിനായി നാനോസിലിക്ക നാരുകളുടെ സഹായം തേടി. 

സൂര്യനില്‍ നിന്നെത്തുന്ന വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗങ്ങളില്‍, ദൃശ്യപ്രകാശ പരിധി മാത്രമല്ല, 'നിയര്‍-ഇന്‍ഫ്രാറെഡ് മേഖല' (near-infrared region) മുഴുവനും ആഗിരണം ചെയ്യാന്‍ കറുത്തപൊന്നിന് കഴിയും എന്നതാണ് ഇതിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ സവിശേഷത. നാനോകണങ്ങള്‍ക്കിടയില്‍ സംഭവിക്കുന്ന 'പ്ലാസ്‌മോണിക് കപ്ലിങ്' (plasmonic coupling), അതുപോലെ സ്വര്‍ണ്ണ നാനോകണങ്ങളുടെ വലുപ്പത്തിലെ വൈവിധ്യം ഇവയാണ് ഇതിന് സഹായിക്കുന്നത്. സാധാരണ അന്തരീക്ഷ താപനിലയിലും മര്‍ദ്ദത്തിലും തന്നെ, സൗരോര്‍ജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡ് ആഗിരണം ചെയ്ത് ജൈവഇന്ധനമായ മീഥേന്‍ ആക്കി മാറ്റാന്‍ കറുത്തപൊന്നിന് കഴിയുന്നു. 

'കറുത്തപൊന്ന് കൊണ്ട് കൃത്രിമ ഇലകളുള്ള ഒരു വൃക്ഷം നമ്മള്‍ രൂപപ്പെടുത്തിയാല്‍, കൃത്രിമ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം സാധ്യമാകും. കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡ് ആഗിരണംചെയ്ത് സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍ ഇന്ധനവും മറ്റ് ഉപയോഗപ്രദമായ രാസവസ്തുക്കളും അത് സൃഷ്ടിക്കും'-പ്രൊഫ. പോള്‍ഷെട്ടിവര്‍ പറഞ്ഞു. നിലവില്‍ കാര്‍ബണ്‍ഡയോക്‌സൈഡിനെ ജൈവഇന്ധനമായി മാറുന്നതിന്റെ തോത് കുറവാണ്. ഭാവിയില്‍ കാര്യക്ഷമത വര്‍ധിപ്പിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്നാണ് ഗവേഷകരുടെ പ്രതീക്ഷ. 

Black Gold TIFR
വിവേക് പോള്‍ഷൈട്ടിവറിന്റെ ലാബില്‍ നിന്നുള്ള ദൃശ്യം. Pic Credit: Vivek Polshettiwar/TIFR, Mumbai

പുതിയ പദാര്‍ഥത്തിന്റെ സൗരോര്‍ജ സാധ്യത മനസിലാക്കാന്‍, ഗവേഷകര്‍ ആ പദാര്‍ഥം വെള്ളത്തില്‍ വിതറി ഒരു മണിക്കൂര്‍ നേരം സൂര്യപ്രകാശമേല്‍പ്പിച്ച ശേഷം ലായനിയുടെ താപനില നിര്‍ണ്ണയിച്ചു. ശുദ്ധമായ സിലിക്കഗോളങ്ങള്‍ ഇട്ട ലായനിയുടെ താപനില 38 ഡിഗ്രി വരെ ഉയര്‍ന്നപ്പോള്‍, കറുത്ത പൊന്നിന്റെ വിവിധ സാന്ദ്രതയുള്ള ലായനികളുടെ താപനില 67 മുതല്‍ 88 ഡിഗ്രി വരെ വര്‍ധിച്ചു. 

കറുത്തപൊന്നുപയോഗിച്ച് സൃഷ്ടിക്കുന്ന നാനോ-ഹീറ്ററിന്റെ സഹായത്തോടെ, കടല്‍ജലം കുടിവെള്ളമാക്കി മാറ്റാന്‍ കഴിയുമെന്ന് ഗവേഷകര്‍ പറയുന്നു. സൂര്യപ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച് കറുത്ത പൊന്നിന്റെ സഹായത്തോടെ കടല്‍ജലം നീരാവിയാക്കി, അതു തണുപ്പിച്ച് കുടിവെള്ളമാക്കാന്‍ കഴിയും. സാധാരണ അന്തരീക്ഷതാപനിലകളില്‍ തന്നെ ഇത് സാധ്യമാകുന്നു എന്നതാണ് ഏറെ പ്രസക്തം. 

ഗാന്ധിനഗറില്‍ ഇന്ത്യന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിട്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ കബീര്‍ ജസൂജ ഈ മുന്നേറ്റത്തെ പറ്റി പറയുന്നത് ഇങ്ങനെ: 'സ്വര്‍ണ്ണ നാനോകണങ്ങള്‍ ലക്ഷണമൊത്ത വിധം കൂടിച്ചേരാന്‍ പാകത്തില്‍ രൂപകല്‍പ്പന ചെയ്തപ്പോള്‍ അത് സൗരോര്‍ജം പിടിച്ചെടുക്കുന്ന കൃത്രിമ ഇലയെപ്പോലെ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു എന്നത് അത്ഭുതകരമാണ്. കാര്‍ബണ്‍ വ്യാപനം ചെറുക്കാന്‍ നടക്കുന്ന ശ്രമങ്ങളില്‍ അര്‍ഥവത്തായ ചുവടുവെപ്പാണിത്'. കറുത്തപൊന്ന് രൂപപ്പെടുത്തിയ സംഘത്തിലെ അംഗമല്ല ജസൂത.

പ്രൊഫ. പോള്‍ഷെട്ടിവര്‍ കൂടാതെ മഹക് ദിമാന്‍, അയന്‍ മെയ്റ്റി, അനിര്‍ബാന്‍ ദാസ്, രാജേഷ് ബെല്‍ഗാംവാര്‍, ഭാഗ്യശ്രീ ചല്‍കേ എന്നിവരും, സോള്‍ നാഷണല്‍ സര്‍വകലാശാലയിലെ ഗവേഷകരും പഠനസംഘത്തില്‍ ഉള്‍പ്പെട്ടിരുന്നു. 

അവലംബം -

* Plasmonic colloidosomes of black gold for solar energy harvesting and hotspots directed catalysis for CO2 to fuel conversion. By Mahak Dhiman, et al. Chemical Science, Issue 27, 2019.
* Black (nano)Gold Combat Climate Change. TIFR press release.  
* Indian scientists develop 'black gold' - a wonder material. By Dinesh C Sharma. India Scienc Wire, July 08, 2019 

* മാതൃഭൂമി നഗരം പേജില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്

Content Highlights: Black Gold, Global Warming, Nanotechnology, Solar Energy, Photosynthesis, TIFR