पदार्थ विज्ञान हमारे जीवन को किस प्रकार बदल रहा है और इसका भविष्य पर क्या प्रभाव पड़ेगा?

स्मार्टफ़ोन और इलेक्ट्रिक वाहनों जैसी अत्याधुनिक तकनीकों के केंद्र में पदार्थ विज्ञान है। ग्रैफ़ीन जैसी नई सामग्रियों में प्रगति हमारे जीवन और भविष्य को बदल रही है।

20वीं सदी शानदार वैज्ञानिक प्रगति की सदी थी, जिसे यकीनन विज्ञान का स्वर्ण युग कहा जा सकता है। वैज्ञानिक प्रगति ने कारों से लेकर कंप्यूटर और सेल फोन तक कई आविष्कार किए हैं, जिन्होंने हमारे जीवन को आसान बना दिया है। मानवता के जीवन को समृद्ध बनाने वाले कई आविष्कार कड़ी मेहनत का परिणाम हैं जिसका हमें एहसास नहीं है। जब किसी अभिनव आविष्कार को बनाने में कई प्रक्रियाओं के बारे में सोचने के लिए कहा जाता है, तो आप सैद्धांतिक सूत्रीकरण और यांत्रिक और संरचनात्मक डिजाइन के बारे में सोच सकते हैं। हालाँकि, वह प्रक्रिया जो अंततः आविष्कार को संभव बनाती है, वह है सामग्रियों का चयन, जो डिवाइस की कीमत, स्थायित्व और प्रदर्शन को निर्धारित करती है। इस विकल्प को सुविधाजनक बनाने के लिए नई सामग्रियों का निर्माण और उनके गुणों का अध्ययन ही वह है जिसे हम सामग्री विज्ञान कहते हैं।
जब मैं लोगों से पूछता हूँ कि वे पदार्थ विज्ञान के बारे में कितना जानते हैं, तो ज़्यादातर लोग अर्धचालकों के बारे में बात करते हैं। एक अर्थ में, अर्धचालक लोगों के लिए "पदार्थ इंजीनियरिंग" शब्द का एक प्रतिनिधि चित्र बन गए हैं, लेकिन दूसरी ओर, यह भी सोचा जा सकता है कि लोग पदार्थ इंजीनियरिंग से अनभिज्ञ हैं। यह सच है कि कोरिया में अर्धचालकों पर शोध उच्च स्तर पर पहुँच गया है, और इस शोध से कई आर्थिक लाभ प्राप्त हुए हैं। हालाँकि, अर्धचालक पदार्थ विज्ञान में शोध के क्षेत्रों में से सिर्फ़ एक है। वास्तव में, अगर हम पदार्थ इंजीनियरिंग के अनुप्रयोगों को देखें, तो हम देख सकते हैं कि इसका उपयोग इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में किया जाता है, जिसमें अर्धचालक, धातु, पॉलिमर, सिरेमिक, इलेक्ट्रॉनिक्स और जीव विज्ञान शामिल हैं। तो, वास्तव में वह क्या है जिसका हम पदार्थ विज्ञान में अध्ययन करते हैं जो इंजीनियरिंग में इतनी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है?
उदाहरण के लिए, हम हर दिन जिन स्मार्टफोन का इस्तेमाल करते हैं, वे कई तरह की मैटीरियल इंजीनियरिंग का नतीजा हैं। डिस्प्ले में इस्तेमाल की जाने वाली पॉलीमेरिक सामग्री, बैटरी में लिथियम-आयन और डिवाइस के बाहरी आवरण में इस्तेमाल की जाने वाली एल्युमिनियम मिश्र धातुएँ सभी मैटीरियल साइंस में शोध और प्रगति का नतीजा हैं। हाल के वर्षों में, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को हल्का और ज़्यादा लचीला बनाने के लिए नई सामग्रियों की खोज की गई है। आधुनिक समाज में कई तकनीकी नवाचारों के लिए मैटीरियल साइंस की भूमिका ज़रूरी है, जिसमें स्मार्टफ़ोन, पहनने योग्य डिवाइस, इलेक्ट्रिक वाहन, सोलर पैनल और बहुत कुछ शामिल हैं।
एनीकॉल ने हाल ही में एमोलेड नाम से एक सेल फोन लॉन्च किया था। एनीकॉल के विज्ञापन में, एक आदमी अपने फोन को रोल करके अपनी कलाई पर घड़ी की तरह पहनता है। फिर, जब वह सड़क पर चलता है, तो वह अपनी कलाई से फोन को खोलता है और हवा में फैलाता है, फिर स्क्रीन पर समाचार देखने के लिए उसे एक तरफ खींचता है, फिर उसे मोड़कर अपने बैग में रख लेता है। विज्ञापन में दिखाया गया फोन सचमुच मुड़ता है, खुलता है और मुड़ता है। उस समय, मुझे याद है कि मैंने विज्ञापन देखा और सोचा, "क्या यह वास्तव में होने वाला है?" कुछ साल आगे बढ़ें, और हम एक ऐसे फोन के कगार पर हैं जो वास्तव में पहिएदार हो सकता है। कई लोग एक ऐसे फोन के बारे में पढ़कर हैरान हो जाते हैं जो मुड़ता है और आश्चर्य करते हैं कि यह कैसे संभव हो सकता है। हालाँकि, अगर आप मैटेरियल साइंस के बारे में थोड़ा बहुत जानते हैं, तो आप खुद को सहमति में अपना सिर हिलाते हुए पा सकते हैं।
यदि आप विज्ञान में रुचि रखते हैं, तो आपने शायद ग्रेफीन के बारे में सुना होगा, जो पिछले कुछ वर्षों से चर्चा में है। लेकिन अगर आपने ग्रेफीन नाम देखा भी हो, तो बहुत कम लोग जानते हैं कि ऐसा क्या है जो इसे इतना महत्वपूर्ण बनाता है। ग्रेफीन शब्द ग्रेफाइट शब्द, पेंसिल लीड में इस्तेमाल होने वाले ग्रेफाइट और प्रत्यय "-ईन" का संयोजन है, जो कार्बन डबल बॉन्ड वाले अणुओं को संदर्भित करता है। ग्रेफाइट एक षट्कोणीय, छत्ते जैसी संरचना में कार्बन की परतों से बना होता है, और ग्रेफीन उस ग्रेफाइट की सबसे पतली परत होती है। इसका आकार दो-आयामी समतल होता है, यह केवल 0.2 नैनोमीटर (एनएम) मोटा होता है (1 एनएम एक मीटर का एक अरबवाँ हिस्सा होता है), या लगभग एक मीटर का 10 अरबवाँ हिस्सा होता है, और यह अविश्वसनीय रूप से पतला और शारीरिक और रासायनिक रूप से स्थिर होता है। अब तक, आपको इस बात का एक मोटा-मोटा अंदाजा हो गया होगा कि ग्रेफीन क्या है। इसकी खोज और उत्पादन प्रक्रिया की स्थापना हाल के वर्षों में सामग्री विज्ञान में सबसे बड़ी उपलब्धियों में से एक है। लेकिन इसके गुण क्या हैं और यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
ग्राफीन तांबे की तुलना में 100 गुना अधिक विद्युत प्रवाहकीय है और एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन की तुलना में 100 गुना अधिक तेजी से इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकता है, जिसे आमतौर पर अर्धचालक के रूप में उपयोग किया जाता है। यह स्टील की तुलना में 200 गुना अधिक मजबूत है और हीरे की तुलना में दोगुने से अधिक तापीय चालक है, जो सबसे अच्छा तापीय चालक है। यह अत्यधिक लोचदार भी है, जिसका अर्थ है कि यह खींचने या मोड़ने पर अपने विद्युत गुणों को नहीं खोता है। ग्राफीन के ये गुण अद्भुत सेल फोन बनाना संभव बनाते हैं जो न केवल बेहद पतले होते हैं, बल्कि मुड़ने योग्य भी होते हैं। नई सामग्रियों का निर्माण और उद्योग में उनके गुणों और अनुप्रयोगों की विशेषता वह है जो सामग्री विज्ञान ने किया है और जो यह करना जारी रखेगा।
पर्यावरण से जुड़े मुद्दों को सुलझाने में भी मैटेरियल साइंस अहम भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, अक्षय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों में इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री मैटेरियल साइंस में प्रगति के बिना अकल्पनीय होगी। सौर पैनलों की दक्षता बढ़ाने के लिए नई सामग्री, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए उत्प्रेरक, और ऊर्जा भंडारण उपकरणों की क्षमता और जीवनकाल बढ़ाने के लिए नई बैटरी सामग्री सभी मैटेरियल साइंस में शोध का परिणाम हैं। पर्यावरण के अनुकूल सामग्रियों का विकास एक टिकाऊ भविष्य के लिए आवश्यक है, और मैटेरियल साइंस इसके केंद्र में है।
20वीं सदी की वैज्ञानिक प्रगति की अविश्वसनीय गति ने हमें सुविधा की दुनिया दी है, और अब हम इसे पूरी तरह से जी रहे हैं। लेकिन जैसा कि 21वीं सदी के पहले दशक ने दिखाया है, विज्ञान और भी तेज़ गति से आगे बढ़ता रहेगा, और लोग अधिक सुविधाजनक मशीनें और अधिक सुविधाजनक दुनिया चाहेंगे। इस दुनिया की ज़रूरतों को पूरा करने के लिए नए आविष्कारों की संभावना को खोलना ही वह है जो हम, पदार्थ विज्ञान के छात्रों के रूप में कर रहे हैं और हमें करना चाहिए। विज्ञान और प्रौद्योगिकी में प्रगति मानव जीवन को समृद्ध बनाती रहेगी, और पदार्थ विज्ञान हमेशा इसके केंद्र में रहेगा।