સામગ્રીના રંગો અલગ અલગ કેમ હોય છે, અને કેટલાક પારદર્શક કેમ હોય છે?

આ બ્લોગ પોસ્ટમાં, આપણે શીખીશું કે ઇલેક્ટ્રોનના ઉર્જા સ્તર અને ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો દ્વારા પદાર્થોનો રંગ અને પારદર્શિતા કેવી રીતે નક્કી થાય છે.

મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ વિભાગ એક મુખ્ય વિષય છે જે આપણે ઉપયોગમાં લઈએ છીએ તે તમામ પ્રકારની સામગ્રી સાથે વ્યવહાર કરે છે. અન્ય શાળાઓમાં, આ વિભાગને ન્યૂ મટિરિયલ્સ એન્જિનિયરિંગ વિભાગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ વિભાગ આપણે ઉપયોગમાં લઈએ છીએ તે સામગ્રીનો અભ્યાસ કરે છે, જેને વ્યાપક રીતે ધાતુઓ, સિરામિક્સ અને પોલિમર (પોલિમર સંયોજનો) માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. સિઓલ નેશનલ યુનિવર્સિટીમાં, અન્ય વિભાગોથી વિપરીત, વિદ્યાર્થીઓ અંડરગ્રેજ્યુએટ સ્તરે અભ્યાસનું ચોક્કસ ક્ષેત્ર પસંદ કરતા નથી, પરંતુ ત્રણેય ક્ષેત્રોનો અભ્યાસ કરે છે. તે પછી, જ્યારે તમે ગ્રેજ્યુએટ સ્કૂલમાં પ્રવેશ કરો છો, ત્યારે તમે અભ્યાસ કરવા માટે ત્રણ ક્ષેત્રોમાંથી એક પસંદ કરો છો.
મટિરિયલ્સ એન્જિનિયરિંગ આપણા રોજિંદા જીવનમાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. સ્માર્ટફોન, કાર અને તબીબી ઉપકરણો જેવી દરેક વસ્તુમાં મટિરિયલ્સ સંશોધન અને વિકાસ સામેલ છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્માર્ટફોનને પાતળા, હળવા છતાં મજબૂત ધાતુઓ અને કાચ, તેમજ લવચીક પોલિમર સામગ્રીની જરૂર પડે છે. આ સામગ્રીના વિકાસ અને સુધારણાની પ્રક્રિયા મટિરિયલ્સ એન્જિનિયરિંગનો મુખ્ય ભાગ છે. તબીબી ઉપકરણોના કિસ્સામાં, એવી જૈવ સુસંગત સામગ્રી વિકસાવવી મહત્વપૂર્ણ છે જે માનવ શરીર માટે હાનિકારક હોય અને વિશ્વસનીય રીતે તેમના કાર્યો કરી શકે.
હું હજુ મારા બીજા વર્ષમાં છું, તેથી મેં મટિરિયલ્સ એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં થોડા જ વર્ગો લીધા છે, પરંતુ અત્યાર સુધી મેં જે વિષયો શીખ્યા છે તેમાં સૌથી પ્રભાવશાળી વિષય "મટિરિયલ્સનું આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર" છે. આ વિષય ભૌતિક દ્રષ્ટિકોણથી સામગ્રીને જુએ છે. કારણ કે તે "આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર" છે, તે સામગ્રીનું વિશ્લેષણ સૂક્ષ્મ દ્રષ્ટિકોણથી કરે છે, તેમને ખૂબ જ નાના પાયે જુએ છે. મને સૂક્ષ્મ ઘટનાઓ જે આપણે આપણી આંખોથી જોઈ શકતા નથી અને સુક્ષ્મ ઘટનાઓ જે આપણે આપણી આંખોથી જોઈ શકીએ છીએ તેની તુલના કરવામાં રસ હતો. મને આ કોર્સ ગમ્યો કારણ કે તે મારી માન્યતા સાથે સમાન હતો કે "તમે જે જુઓ છો તે બધું જ નથી." કોર્સ કેવી રીતે એવી ઘટનાઓને સમજાવે છે જે શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા સમજાવી શકાતી નથી, જેમ કે દિવાલોમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોન અથવા તરંગ ગુણધર્મો ધરાવતા પદાર્થો જે તેમને વિભાજીત કરે છે, સૂક્ષ્મ ઘટનાનો ઉપયોગ કરીને.
મેક્રોસ્કોપિકલી સાબિત ન થઈ શકે તેવી ઘટનાઓમાં, આ કોર્ષ સામગ્રીના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો સમજાવવામાં ખાસ કરીને અસરકારક છે. આનું કારણ એ છે કે આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં આપણે જે શીખીએ છીએ તેમાંથી મોટાભાગની પરમાણુઓ બનાવતા ઇલેક્ટ્રોન વિશે છે, અને ઓપ્ટિકલ ઘટનાઓ ઇલેક્ટ્રોન સાથે સંબંધિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, આ કોર્ષમાં સમજાવવામાં આવ્યું હતું કે લાલ પદાર્થો કેમ લાલ હોય છે અને પારદર્શક પદાર્થો ઇલેક્ટ્રોનના ઉર્જા સ્તરો દ્વારા શા માટે પારદર્શક હોય છે. મેં શીખ્યા કે આપણે સામગ્રીના અનન્ય ઉર્જા સ્તરો શોધી શકીએ છીએ અને અનુરૂપ રંગ તરંગલંબાઇ નક્કી કરવા માટે પ્રકાશ ઊર્જામાં તફાવતોની ગણતરી કરી શકીએ છીએ. આ દ્વારા, હું સામગ્રીને કૃત્રિમ રીતે આપણને જોઈતા રંગો કેવી રીતે આપવા તે શીખી શક્યો.
પ્રાયોગિક સાધનોમાં, મને ખાસ કરીને સ્કેનીંગ ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપ (STM) ના સિદ્ધાંત પરના પાઠમાં રસ હતો. આપણે જે ઘણી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તે પરમાણુ અથવા પરમાણુ સ્તરે થાય છે, અને સૌથી અદ્યતન માઇક્રોસ્કોપ સાથે પણ, તેમની રચના નરી આંખે જોવી અશક્ય છે. સ્કેનીંગ ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપ સામગ્રીમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોનના ગુણધર્મનો ઉપયોગ કરે છે. આ ઘટનાને "ટનલિંગ" કહેવામાં આવે છે, અને ટનલિંગની ડિગ્રી માપીને, આ અત્યંત નાના પદાર્થોને નરી આંખે જોયા વિના તેમની રચનાને સમજવી શક્ય છે.
મટીરીયલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગ સિદ્ધાંત અને પ્રયોગો દ્વારા વ્યવસ્થિત શિક્ષણ પૂરું પાડે છે, જે વિદ્યાર્થીઓને વિવિધ ઉદ્યોગોમાં લાગુ પાડી શકાય તેવી ટેકનોલોજી શીખવે છે. આ શીખવાની પ્રક્રિયા દ્વારા, વિદ્યાર્થીઓ ભવિષ્યમાં વિવિધ તકનીકી સમસ્યાઓ હલ કરવાની ક્ષમતા વિકસાવે છે. મેં અત્યાર સુધી લીધેલા અભ્યાસક્રમોમાં, મને "મટીરીયલનું આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર" અભ્યાસક્રમ અને તેને અનુરૂપ પ્રયોગો અને પ્રાયોગિક સાધનો સૌથી વધુ ગમ્યા. જોકે તે અદ્રશ્ય હોવાથી તેનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ હશે, હું ગ્રેજ્યુએટ સ્કૂલમાં જઈને આ ક્ષેત્રને લગતું સંશોધન કરવા માંગુ છું કારણ કે મને સંશોધન પ્રક્રિયામાંથી મળેલી સિદ્ધિની મહાન ભાવના છે.
મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગનું ભવિષ્ય ખૂબ જ ઉજ્જવળ છે. ટકાઉ ઊર્જા, પર્યાવરણીય સંરક્ષણ અને અદ્યતન ટેકનોલોજી વિકાસ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગની ભૂમિકા વધુ મહત્વપૂર્ણ બનશે. ઉદાહરણ તરીકે, આગામી પેઢીની બેટરીઓના વિકાસમાં, નવીનીકરણીય ઊર્જા સંસાધનોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવામાં અને બાયોમટીરિયલ્સ વિકસાવવામાં મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગ વધુ મહત્વપૂર્ણ બનશે. તેથી, ભવિષ્યમાં ટેકનોલોજીકલ નવીનતામાં અગ્રણી ભૂમિકા ભજવશે.