পাঠ 9.6আকার দেওয়াঅধ্যায় 9 · পাউডার ও সিরামিক

সল-জেল প্রক্রিয়া

তরল জমে জেল হয়, তারপর শুকিয়ে পোড়ানো হয়

সল-জেল প্রক্রিয়া গলিত অবস্থা বা গুঁড়োর বদলে তরল থেকে কাচ ও সিরামিক বানায়। তরলে ক্ষুদ্র কণা তৈরি হয়, জেলির মতো জেলে জুড়ে যায়, আর সেই জেল শুকিয়ে আলতো করে গরম করে কঠিন করা হয়। কিছু ক্যামেরা লেন্সের প্রতিফলন-রোধী আবরণ এবং ইনসুলেশনে ব্যবহৃত ভুতুড়ে নীল অ্যারোজেল এভাবে বানানো হয়।

ছবি: NASA/JPL-Caltech, Public domain, সূত্র: Wikimedia Commons

সল-জেল প্রক্রিয়া · সল, জেল, শুকানো, পোড়ানো এবং আকার দেওয়ার উপায়ওপরের সারি উপাদানটিকে তরল থেকে কঠিন পর্যন্ত অনুসরণ করে; নিচের সারি দেখায় তরল থাকা অবস্থায় তাকে কীভাবে আকার দেওয়া হয়। বৃত্তাকার সংখ্যাগুলো ধাপের সঙ্গে মেলে।

যেভাবে কাজ করে

সল বানান। ধাতু বা সিলিকনযুক্ত তরল রাসায়নিক (যেমন TEOS, একটি সিলিকন যৌগ) পানি, অ্যালকোহল এবং সামান্য অ্যাসিড বা ক্ষারের সঙ্গে মেশানো হয়। বিক্রিয়ায় কয়েক ন্যানোমিটার চওড়া কণা তৈরি হয়, যা একটি সল দেয়: ক্ষুদ্র কঠিন কণা ভাসমান একটি তরল।
আকার দিন। তরল থাকতেই সল অংশের ওপর ডিপ-কোট বা স্পিন-কোট করা হয়, স্প্রে করা হয়, মোল্ডে ঢালা হয়, বা ফাইবার হিসেবে টানা হয়।
জেল হতে দিন। কণাগুলো সারা আয়তন জুড়ে বিস্তৃত একটি জালিকায় জুড়ে যায় এবং তরলকে আটকে ফেলে, জেলাটিন জমার মতো। এতে কয়েক মিনিট থেকে কয়েক দিন লাগে; আরও বেশি সময় রেখে দিলে (এজিং) জালিকা আরও মজবুত হয়।
শুকান। ধীর বাষ্পীভবন জালিকাকে টেনে একত্র করে, ফলে জেল সংকুচিত হয়ে ঘন, কাচের মতো জেরোজেল হয় এবং তাড়াহুড়ো করলে ফেটে যেতে পারে। তরলের ক্রিটিক্যাল পয়েন্টের ওপরে শুকালে (সুপারক্রিটিক্যাল ড্রাইং, যেখানে পৃষ্ঠটান থাকে না) জালিকা খোলা থাকে, যা বেশিরভাগই বাতাসে ভরা অ্যারোজেল দেয়।
পোড়ান। সাধারণত 400–1,200 °C-এ গরম করলে অবশিষ্ট জৈব পদার্থ পুড়ে যায় এবং ছিদ্র সিন্টার হয়ে বন্ধ হয়, যা ঘন কাচ, সিরামিক বা শক্ত আবরণ দেয়। সিলিকা কাচ গলাতে যে প্রায় 1,700 °C লাগে, এটি তার চেয়ে অনেক কম। অ্যারোজেল প্রায়ই না পুড়িয়েই ব্যবহার করা হয়।

মূল তথ্য

উপাদান: সিলিকা, টাইটানিয়া, জিরকোনিয়া, অ্যালুমিনা ও মিশ্র অক্সাইড; কাচ ও প্লাস্টিকের হাইব্রিড
সাধারণ অংশ: অপটিক্যাল ও প্রতিফলন-রোধী আবরণ, সুরক্ষা ফিল্ম, অ্যারোজেল ইনসুলেশন, সূক্ষ্ম সিরামিক গুঁড়ো, ফাইবার
অংশের আকার: প্রায় যেকোনো মাপের অংশে ন্যানোমিটার থেকে কয়েক মাইক্রোমিটার পুরু ফিল্ম; কঠিন টুকরো সাধারণত শুধু কয়েক সেন্টিমিটার চওড়া, কারণ শুকানোর সময় বড় টুকরো ফেটে যায়
নির্ভুলতা: ফিল্মের পুরুত্ব প্রায় কয়েক দশ ন্যানোমিটার পর্যন্ত নিয়ন্ত্রণযোগ্য
পৃষ্ঠের মান: খুব মসৃণ, আলোকীয়ভাবে স্বচ্ছ ফিল্ম
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: একক ল্যাব নমুনা থেকে কাচের জন্য অবিরাম কোটিং লাইন পর্যন্ত
টুলিং ও মেশিনের খরচ: আবরণের জন্য কম: কাচের সরঞ্জাম এবং ডিপ বা স্পিন কোটার কয়েক হাজার ডলার থেকে; সুপারক্রিটিক্যাল ড্রায়ার অনেক বেশি দামি
গতি: কোটিং-এ কয়েক মিনিট; জেল হতে কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন; কঠিন টুকরো শুকাতে কয়েক দিন লাগতে পারে

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

কাচ গলানো বা গুঁড়ো সিন্টার করার তুলনায় কম তাপমাত্রা
আণবিক স্তরে মেশানো খুব খাঁটি, সমান উপাদান
কাচ, ধাতু বা প্লাস্টিকে সহজে পাতলা, সমান আবরণ
অ্যারোজেলের মতো অনন্য পণ্য, যা বানানো সবচেয়ে হালকা কঠিন পদার্থ

সীমাবদ্ধতা

বড় কঠিন টুকরো শুকানোর সময় ফেটে যায়
প্রচুর সংকোচন, প্রায়ই আয়তনের অর্ধেকের বেশি
রাসায়নিক (অ্যালকক্সাইড, সলভেন্ট) দামি এবং কিছু দাহ্য
ধীর: জেল হওয়া ও শুকাতে কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন লাগে

কোথায় ব্যবহৃত হয়

অপটিকসলেন্স ও কাচে প্রতিফলন-রোধী ও ফিল্টার আবরণ
ভবন ও জ্বালানিঅ্যারোজেল ইনসুলেশন কম্বল, সোলার কাচের আবরণ
ইলেকট্রনিক্স ও সেন্সরপাতলা অক্সাইড ফিল্ম, গ্যাস ও আর্দ্রতা সেন্সর
সুরক্ষা আবরণধাতু ও প্লাস্টিকে আঁচড়- ও ক্ষয়-প্রতিরোধী ফিল্ম
মহাকাশ বিজ্ঞানঅ্যারোজেল ধুলো সংগ্রাহক, যেমন NASA-র স্টারডাস্ট মিশনে
সিরামিক ও অনুঘটকখুব সূক্ষ্ম, খাঁটি গুঁড়ো এবং ছিদ্রযুক্ত অনুঘটক ধারক

কীভাবে চিনবেন

পাতলা আবরণে সাবান-বুদবুদের মতো আলোর ব্যতিচার থেকে অস্পষ্ট রামধনু বা নীলচে আভা দেখা যায়।
প্রতিফলন-রোধী লেন্স কাত করলে সামান্য রঙিন দেখায় এবং আলো খুব কম প্রতিফলিত করে।
অ্যারোজেল জমে যাওয়া নীল ধোঁয়ার মতো দেখায় এবং প্রায় ওজনহীন লাগে।
বাতাসে শুকানো বাল্ক টুকরো ছোট এবং তাতে সূক্ষ্ম ফাটল দেখা যেতে পারে।