செம் கருவிகளிலேயே சில வகைகள் உண்டு. சாதாரண செம், அதிக துல்லியம் கொண்ட செம் (high resolution SEM or HR-SEM), உயிரினங்களைப் பார்க்கும் செம் ( Environmental SEM) என்று வகைகள் உண்டு. இதற்கு முன் நாம் பார்த்தது சாதாரண செம் (Ordinary low resolution SEM). இதில் எலக்ட்ரான்கற்றையை புள்ளியாக்கி படம் எடுப்பார்கள் என்பதை பார்த்தோம்.
இந்த எலக்ட்ரான்களையே அதிக ஆற்றலுடன், இன்னும் சிறிய புள்ளியாக்க முடியும். அதற்கு Field Emission என்ற முறையில், அதிக மின்னழுத்தம் (high voltage) கொண்ட ஒரு கருவியில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை கொண்டு வர வேண்டும். இதற்கு FE-SEM (எஃப்- ஈ செம் அல்லது ஃபீல்டு எமிஷன் செம்) என்று சொல்வார்கள். இதற்கு இன்னொரு பெயர் ஹை ரெசல்யூசன் செம் அல்லது எச்-ஆர் செம். இதன்மூலம் ஒரு நே மீ அளவுள்ள பொருளைக் கூட பார்க்க முடியும்.
சாதாரண செம்மிலும், எச்-ஆர் செம்மிலும் ஒரு குறைபாடு உண்டு. அது என்ன என்றால், மின்சாரத்தை கடத்தும் திடப் பொருளை மட்டுமே இதில் பார்க்க முடியும். தவிர, அந்தப் பொருள், மிகக் குறைந்த காற்றழுத்தத்தில் (high vacuum) அப்படியே இருக்க வேண்டும். ஏன்?
மின்சாரத்தைக் கடத்தாத ஒரு பிளாஸ்டிக் பொருளை அல்லது கண்ணாடியை வைத்து படம் எடுக்க முயற்சி செய்தால் என்ன நடக்கும்? முதலில் எலக்ட்ரான் வந்து இந்தப் பொருள் மீது மோதும். அதனால், செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் வரும். அதே சமயம், மோதிய எலக்ட்ரான்கள் இந்தப் பொருளில் சேர்ந்து , பிளாஸ்டிக்கிற்கு நெகடிவ் சார்ஜ் வந்து விடும். இந்த சமயத்தில் , மேலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான் கற்றை (புள்ளி), பிளாஸ்டிக் மேல் படாது. எலக்ட்ரான்களும் நெகடிவ் சார்ஜ், பிளாஸ்டிக்கும் நெகடிவ் சார்ஜ் என்றால் எதிர்ப்பு விசை வந்து விடும்.
அதனால் முதலில் சில புள்ளிகள் படம் எடுத்த உடனேயே, எலக்ட்ரான்கள் பிளாஸ்டிக் மீது மோதுவது நின்று விடும். பிறகு படம் வராது.
இது தவிர, இந்தக் கருவியின் உள்ளே காற்றே இருக்காது, வெற்றிடமாக இருக்கும் என்பதை பார்த்தோம். அப்போதுதான் எலக்ட்ரான்கள் ஒழுங்காக வர முடியும். இல்லாவிட்டால் காற்றில் இருக்கும் அணுக்களுடன் மோதி, அயனிகளாக்கி, ஷார்ட் சர்க்யூட் ஆகிவிடும். இதைத் தவிர்க்க உள்ளே வெற்றிடம் வேண்டும்.
அதனால் உள்ளே வைக்கும் பொருள் வெற்றிடத்தை தாக்குபிடிக்க வேண்டும். ஒரு பாக்டீரியாவை எடுத்து இதனுள் வைத்தால் என்ன நடக்கும்? (”ஒரு” பாக்டீரியாவை எடுத்து வைக்க முடியாது, ஆயிரக்கணக்கான பாக்டீரியாக்களைத்தான் வைக்க முடியும், சும்மா ஒரு பேச்சுக்கு சொல்வதுதான்).
பாக்டீரியா மின்கடத்தாப் பொருள். அதுவே பிரச்சனை. தவிர, இதை உள்ளே வைத்து காற்றை வெளியே இழுக்கத் தொடங்கினால், பாக்டீரியாவில் இருந்து தண்ணீர் வெளியேறும். அதனால் , பாக்டீரியா உருக்குலைந்துவிடும். நமது குறிக்கோளே பாக்டீரியா எப்படி எந்த வடிவத்தில் எந்த அளவில் இருக்கிறது என்பதைப் பார்ப்பதுதான். அது உருவிழந்துவிட்டால் என்ன செய்வது? இதுவும் ஒரு பிரச்சனை.
மின்கடத்தாப் பொருளை செம் கருவியில் பார்க்க ஒரு வழி கண்டுபிடித்தார்கள். அந்தப் பொருளின் மீது மெல்லிய தங்கப் படலத்தை படிய வைத்தால், அது மின்சாரத்தைக் கடத்தும். அப்படி படிய வைக்கும்பொழுது ஏறக்குறைய உருவமும் அளவும் மாறாமல் பார்த்துக் கொள்ளலாம். சுமார் 100 நேமீ அல்லது பெரிய அளவில் இது நிச்சயம் நல்லபடி செய்யலாம். தங்கம் விலை உயர்ந்த பொருள்தான். ஆனால் இப்படி ‘கோட்டிங்' செய்ய மிகக் குறைந்த அளவுதான் தேவைப்படும். தங்கம்தான் மிக மெல்லிய தடிமனில் இப்படி படிய வைக்க முடியும். தங்கத்தைத்தான் (மற்ற உலோகங்களைக் காட்டிலும்) மெல்லிய கம்பியாகவும் தகடாகவும் அடிக்க முடியும். இந்த வழியில் பல பொருள்களை செம் கருவியில் பார்க்கலாம்.
பின்னால் தங்கத்திற்கு பதில் கிராபைட் (கரி) படிய வைத்து பார்க்கும் முறை வந்தது. இதில் செலவு குறைவு, ஆனாலும் தங்கத்தின் அளவு நல்லபடி எல்லா சமயத்திலும் வராது.
பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களைப் பார்க்க செம் கருவியில் புது மாற்றங்கள் வந்தன. இந்தப் பொருள் (சாம்பிள்) இருக்கும் இடம் மட்டும் கொஞ்சம் காற்று இருக்கும்படியும், மற்ற படி எலக்ட்ரான் வரும் பாதையில் முடிந்தவரை காற்று இல்லாத படியும் வைத்துக்கொள்ள வழிமுறைகள் கண்டுபிடிக்கப் பட்டன. இதன்படி, சரியான இடங்களில் பல பம்புகளை (pump) வைத்தால் , எலக்ட்ரான்கள் கடைசி வரை வெற்றிடத்தில் வந்து, கடைசியில் கொஞ்சம் காற்றின் மீதும், மீதி சாம்பிள் மீதும் படும்.
இப்போதும் கூட பேக்டீரியாவில் எலக்ட்ரான்கள் பட்டு , நெகடிவ் சார்ஜ் கூடி விடுமே? இதற்கு என்ன செய்வது? இந்தக் கருவியில் இப்படி பிரச்சனை வரவே வராது. ஏனென்றால் பாக்டீரியா அருகில் காற்று இருப்பதால், காற்றில் இருக்கும் அணுக்களில் சில எலக்ட்ரான்களுடன் மோதி அயனிகளாகும். இந்த அயனிகள் பாக்டீரியாவில் இருக்கும் நெகடிவ் சார்ஜை சரிக்கட்டிவிடும். இதனால், தங்கமோ , கிராபைட்டோ இல்லாமலேயே மின்கடத்தாப் பொருளையும் பார்க்க முடிகிறது.
ஒரே ஒரு குறைபாடு என்ன என்றால் மிகத்துல்லியமாக (ஒரு நே.மீ. ரெசல்யூசனில்) பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களைப் பார்க்க முடியாது. அதற்கு கண்டிப்பாக வெற்றிடம் வேண்டும். ஆனால், பெரும்பாலான சமயங்களில் நமக்கு மைக்ரான் அளவில் இருக்கும் விவரமே போதுமானது. அதனால் இதை ஒரு பெரிய குறையாக சொல்ல முடியாது.
இதிலிருந்து, பாக்டீரியா போன்ற பொருள்களை அவற்றின் இயற்கை சூழ்நிலையிலேயே (In their Natural Environment) பார்க்க முடியும். இப்போது, அவற்றின் உருக் குலையாது. இதனால் இந்த கருவிக்கு என்விரோன்மெண்டல் செம் / Environmental SEM அல்லது ஈ-செம் என்று பெயர். இந்தப் பெயருக்கு ஒரு கம்பெனி (பிலிப்ஸ் என்று நினைக்கிறேன்) காப்புரிமை வாங்கிவிட்டது. அதனால் மற்ற கம்பெனிகள் இதே கருவியை ‘குறைந்த வேகுவம் செம்' (Low vaccum sem) என்றும் இயற்கை செம் (Natural SEM) என்றும் , உயிரின செம் (BIO SEM) என்றும், மாற்றக்கூடிய காற்றழுத்தம் கொண்ட செம் (Variable pressure SEM) , ஈர செம் (Wet SEM) என்றும் வேறு வேறு பெயர்களில் விற்கிறார்கள். இவற்றை விற்கும் கம்பெனிகளில் ஜப்பானை சேர்ந்த ஜியோல், ஹிடாச்சி ஆகியவையும், நெதர்லாண்டை சேர்ந்த பிலிப்ஸ் என்ற கம்பெனியும் (ரேடியோ விற்கும் அதே பிலிப்ஸ்தான்) பிரபலமானவை.
Showing posts with label நேனோ தொழில் நுட்பம். Show all posts
Showing posts with label நேனோ தொழில் நுட்பம். Show all posts
Saturday, January 3, 2009
Tuesday, December 30, 2008
செம் கருவியில் எடுத்த சில படங்கள்.
செம் கருவியை, ஒரு 'அதிக திறன் வாய்ந்த மைக்ரோஸ்கோப்' போல கருதலாம் என்று முன்னால் பார்த்தோம். எடுத்துக்காட்டாக சில படங்கள். (இவற்றின் காபிரைட் அமெரிக்காவின் ATC labக்கு தான் இருக்கிறது. http://www.atclabs.com/Photos.htm இருந்தாலும்.... )
ஒரு ஈ, செம் கருவியில்.....
அந்த ஈ மேலே ஒரு பூச்சி (ஒட்டுண்ணி?) இருக்கிறது. அதை மஞ்சள் நிற வட்டத்தில் குறித்திருக்கிறார்கள்.
அந்த பூச்சியை மட்டும் ஜூம் செய்து எடுத்த படம்...
ஒரு சிலந்தியின் படம்...
இவை எல்லாம் ஒரு எடுத்துக் காட்டாக கொடுத்திருக்கிறேன். இதைவிட சிறிய பல பொருள்களை செம் கருவியில் பார்க்கலாம் என்றாலும், ஈ, சிலந்தி ஆகியவற்றை இவ்வளவு பெரிதாக்குவது என்றால் என்ன என்பது பற்றி நம்மால் கற்பனை செய்து பார்க்க முடியும். மற்றபடிக்கு ஒரு நே.மீ.க்கும், அம்பது நே.மீ.க்கும் உள்ள வித்தியாசம் பற்றி கற்பனை செய்வது கடினம், ஏனென்றால் அவற்றை அன்றாட வாழ்வில் நாம் உணர்வது இல்லை.
ஒரு ஈ, செம் கருவியில்.....
அந்த ஈ மேலே ஒரு பூச்சி (ஒட்டுண்ணி?) இருக்கிறது. அதை மஞ்சள் நிற வட்டத்தில் குறித்திருக்கிறார்கள்.
அந்த பூச்சியை மட்டும் ஜூம் செய்து எடுத்த படம்...
ஒரு சிலந்தியின் படம்...
இவை எல்லாம் ஒரு எடுத்துக் காட்டாக கொடுத்திருக்கிறேன். இதைவிட சிறிய பல பொருள்களை செம் கருவியில் பார்க்கலாம் என்றாலும், ஈ, சிலந்தி ஆகியவற்றை இவ்வளவு பெரிதாக்குவது என்றால் என்ன என்பது பற்றி நம்மால் கற்பனை செய்து பார்க்க முடியும். மற்றபடிக்கு ஒரு நே.மீ.க்கும், அம்பது நே.மீ.க்கும் உள்ள வித்தியாசம் பற்றி கற்பனை செய்வது கடினம், ஏனென்றால் அவற்றை அன்றாட வாழ்வில் நாம் உணர்வது இல்லை.
Sunday, December 28, 2008
'செம்' பிற விவரங்கள் (SEM- miscellaneous)
செம் கருவி வேலை செய்யும் விதத்தை இதற்கு முந்திய பதிவில் பார்த்தோம். செம் கருவி பற்றி பிற விவரங்களை இங்கே பார்க்கலாம்.
போட்டோ எடுப்பது மற்றும் ஜூம் செய்வதில் இன்னொரு விஷயம் இருக்கிறது. அதற்கு ‘Depth of Focus' என்று பெயர். எடுத்துக்காட்டாக, கிரிக்கெட்டில் பேட்ஸ்மேன், கீப்பர் எல்லோரையும் சேர்த்து போட்டோ எடுத்தால், அதில் எல்லாமே துல்லிமாக தெரியாது, ஓரளவுதான் தெரியும். ஆனால், இருவருமே ஓரளவு தெரிவார்கள். இதில் எல்லோருமே ஓரளவு focus இல் இருப்பதால், depth of focus அதிகம்.
இதே, பௌலரை (அல்லது பேட்ஸ்மேனை) மட்டுமே ஜூம் செய்து போட்டோ எடுத்தால், அதில் பௌலர் துல்லியமாகத் தெரிவார், ஆனால், விக்கெட் கீப்பர் சரியாகத் தெரிய மாட்டார், மற்றவர்களைப் பற்றி சொல்லவே வேண்டாம்.
இப்போது துல்லியமாக தெரிய வேண்டும் , ரெசல்யூசன் (resolution) அதிகம் வேண்டும் என்றால் depth of focus இல் விட்டுக் கொடுக்க வேண்டும். ஏனென்றால் ஒரே படத்தில் துல்லியமாக எடுக்கும்பொழுது முன்னால் இருப்பவரையும், பின்னால் இருப்பவரையும் ஃபோகசில் கொண்டு வர முடியாது.
ஆனால், ஒவ்வொரு புள்ளியாக படம் எடுத்தால், துல்லியமாகவும் அதே சமயம் எல்லோரையும் நல்ல ஃபோகசிலும் கொண்டு வர முடியும். எப்படி என்றால், ஒரே ஜூமில், முதலில் பேட்ஸ்மேனை மட்டும் போட்டோ எடுக்க வேண்டும். அடுத்து, அதே ஜூமில், போகஸை மட்டும் மாற்றி, விக்கட் கீப்பரை எடுக்க வேண்டும். இரண்டையும் சேர்த்தால், இருவருமே படத்தில் ஒரே ஜூமில், நல்ல ரெசல்யூசனில் இருப்பார்கள்.
‘செம்' கருவி ஒவ்வொரு புள்ளியாக படம் எடுப்பதால், மேடு பள்ளங்கள் எல்லா இடத்திலுமே நல்ல ரெசல்யூசனும், ஃபோகசும் இருக்கும்.
செம் கருவியில் எலக்ட்ரான் பொருளில் மோதும்போது, அதிக ஆற்றலுடம் மோதுவதால் எக்ஸ் ரேக்கள் கூட வெளிவரும். இப்படி வரும் எக்ஸ் ரேக்களை வைத்து எந்த தனிமம் இருக்கிறது என்பதையும் சொல்ல முடியும். இதற்கு EDX அல்லது Energy Dispersive X Ray என்று சொல்வார்கள். இவை எல்லாம், ஒவ்வொன்றும் ஒரு பதிவாக எழுத வேண்டிய அளவு விஷயம் கொண்டவை. இப்போதைக்கு விட்டு விடலாம்; இப்படி ஒரு வசதி உண்டு என்பதை மட்டும் தெரிந்து கொள்வோம்.
இந்த மாதிரி கருவிகளை இந்தியாவில் பல இடங்களில் அக்கருவியின் முழு ஆற்றலுடன், திறனுடன் பயன்படுத்துவதில்லை. நல்ல விலை உயர்ந்த செம் கருவியை வாங்க சுமார் 1 கோடிரூபாய் தேவைப்படும். இதை வாங்கி தகர டப்பா மாதிரி ஒரு டேபிளில் வைத்தால் நிச்சயம் நல்ல படங்கள் வராது. இது எப்படி என்றால், நல்ல லேப்டாப் எடுத்து அதில் சினிமா (டிவிடி) பார்க்கலாம். ஆனால், அதே ஒரு மோசமான ரோட்டில் வேகமாக செல்லும் பஸ்ஸில் பார்த்தால், படம் ‘குலுக்கலாகத்தான்' வரும், எவ்வளவு நல்ல லேப்டாப் பயன்படுத்தினாலும், அது இருக்கும் இடம் சரியில்லை என்றால் படம் மோசமாக வரும்.
இந்த வகைக் கருவிகளை எப்போதும், பேஸ்மெண்ட் இல்லாத கிரௌண்ட் ஃப்லோர் (தரை மட்டத்தில்) இருக்கும் அறையில், ஓரத்தில் வைக்க வேண்டும். இதற்கு அதிர்வு குறைக்கும் மேசைகள் (vibration isolation table) உண்டு. அதிலே கூட active, passive என்று இரு வகைகள் உண்டு. காசு அதிகம் செலவானாலும், active என்ற வகை மேசையை வாங்கினால் பலன் உண்டு. முடிந்த வரை வெப்ப நிலை ஒரே மாதிரி இருக்க வேண்டும். சாதாரண AC இல்லாமல், split AC வைத்து, அதில் வரும் காற்று, கருவி மேல் நேராகப் படாமல் வைக்க வேண்டும். அறையில் ஃபேன் இருக்கக் கூடாது. பக்கத்தில் இரைச்சலான தெரு (போக்குவரத்து) இருக்கக் கூடாது. இவ்வளவு ஜாக்கிரதையாக இருந்தால் கூட, நீங்கள் போட்டோ எடுக்கும் சமயம், யாராவது கதவைத் திறந்து மூடினால் ரெசல்யூசன் அடிபடும்.
இந்தியாவில் பல ஆராய்ச்சி நிலையங்களில் (பல்கலை அல்லது ரிசர்ச் லேப்) நல்ல கருவியை வாங்கினாலும், இந்த பாதுகாப்பு(?) நடவடிக்கைகள் சரிவர இல்லாததால் சிறப்பாக படம் எடுக்க முடியாமல் திணறுவார்கள். லோகல் பாலிடிக்சில், சரியான அறை கிடைக்காது. ஒரு கோடி கொடுத்து வாங்கிய கருவியை சரியாகப் பயன்படுத்த , 20 ஆயிரம் ரூபாய் மதிப்புள்ள split AC கிடைக்காது. அதிர்வு குறைக்கும் மேசை இருக்காது. இவற்றின் தேவையை உணராமல், ‘கம்பெனிக்காரன் ஏமாற்றி விட்டான், இந்தக் கருவி சரியில்லை” என்று குறை கூறிவிடுவார்கள். சொல்லப் போனால், நம் ஊரில் இருக்கும் டீலர்/ ஏஜெண்டுக்கு கூட, எப்படி குறையை சரிசெய்ய வேண்டும் என்று தெரிவதில்லை. “இதுதான் சார் மேக்சிமம் வரும்” என்று சொல்லிவிடுவார்கள். இந்தக் கருவிகளுக்கு UPSம் வேண்டும், ஏனென்றால் வேலை செய்யும் போது, தொடர்ந்து மின்சாரம் தேவை. அது எல்லா இடங்களிலும் வாங்கி விடுகிறார்கள். மற்ற விஷயங்களில்தான் பிரச்சனை.
போட்டோ எடுப்பது மற்றும் ஜூம் செய்வதில் இன்னொரு விஷயம் இருக்கிறது. அதற்கு ‘Depth of Focus' என்று பெயர். எடுத்துக்காட்டாக, கிரிக்கெட்டில் பேட்ஸ்மேன், கீப்பர் எல்லோரையும் சேர்த்து போட்டோ எடுத்தால், அதில் எல்லாமே துல்லிமாக தெரியாது, ஓரளவுதான் தெரியும். ஆனால், இருவருமே ஓரளவு தெரிவார்கள். இதில் எல்லோருமே ஓரளவு focus இல் இருப்பதால், depth of focus அதிகம்.
இதே, பௌலரை (அல்லது பேட்ஸ்மேனை) மட்டுமே ஜூம் செய்து போட்டோ எடுத்தால், அதில் பௌலர் துல்லியமாகத் தெரிவார், ஆனால், விக்கெட் கீப்பர் சரியாகத் தெரிய மாட்டார், மற்றவர்களைப் பற்றி சொல்லவே வேண்டாம்.
இப்போது துல்லியமாக தெரிய வேண்டும் , ரெசல்யூசன் (resolution) அதிகம் வேண்டும் என்றால் depth of focus இல் விட்டுக் கொடுக்க வேண்டும். ஏனென்றால் ஒரே படத்தில் துல்லியமாக எடுக்கும்பொழுது முன்னால் இருப்பவரையும், பின்னால் இருப்பவரையும் ஃபோகசில் கொண்டு வர முடியாது.
ஆனால், ஒவ்வொரு புள்ளியாக படம் எடுத்தால், துல்லியமாகவும் அதே சமயம் எல்லோரையும் நல்ல ஃபோகசிலும் கொண்டு வர முடியும். எப்படி என்றால், ஒரே ஜூமில், முதலில் பேட்ஸ்மேனை மட்டும் போட்டோ எடுக்க வேண்டும். அடுத்து, அதே ஜூமில், போகஸை மட்டும் மாற்றி, விக்கட் கீப்பரை எடுக்க வேண்டும். இரண்டையும் சேர்த்தால், இருவருமே படத்தில் ஒரே ஜூமில், நல்ல ரெசல்யூசனில் இருப்பார்கள்.
‘செம்' கருவி ஒவ்வொரு புள்ளியாக படம் எடுப்பதால், மேடு பள்ளங்கள் எல்லா இடத்திலுமே நல்ல ரெசல்யூசனும், ஃபோகசும் இருக்கும்.
செம் கருவியில் எலக்ட்ரான் பொருளில் மோதும்போது, அதிக ஆற்றலுடம் மோதுவதால் எக்ஸ் ரேக்கள் கூட வெளிவரும். இப்படி வரும் எக்ஸ் ரேக்களை வைத்து எந்த தனிமம் இருக்கிறது என்பதையும் சொல்ல முடியும். இதற்கு EDX அல்லது Energy Dispersive X Ray என்று சொல்வார்கள். இவை எல்லாம், ஒவ்வொன்றும் ஒரு பதிவாக எழுத வேண்டிய அளவு விஷயம் கொண்டவை. இப்போதைக்கு விட்டு விடலாம்; இப்படி ஒரு வசதி உண்டு என்பதை மட்டும் தெரிந்து கொள்வோம்.
இந்த மாதிரி கருவிகளை இந்தியாவில் பல இடங்களில் அக்கருவியின் முழு ஆற்றலுடன், திறனுடன் பயன்படுத்துவதில்லை. நல்ல விலை உயர்ந்த செம் கருவியை வாங்க சுமார் 1 கோடிரூபாய் தேவைப்படும். இதை வாங்கி தகர டப்பா மாதிரி ஒரு டேபிளில் வைத்தால் நிச்சயம் நல்ல படங்கள் வராது. இது எப்படி என்றால், நல்ல லேப்டாப் எடுத்து அதில் சினிமா (டிவிடி) பார்க்கலாம். ஆனால், அதே ஒரு மோசமான ரோட்டில் வேகமாக செல்லும் பஸ்ஸில் பார்த்தால், படம் ‘குலுக்கலாகத்தான்' வரும், எவ்வளவு நல்ல லேப்டாப் பயன்படுத்தினாலும், அது இருக்கும் இடம் சரியில்லை என்றால் படம் மோசமாக வரும்.
இந்த வகைக் கருவிகளை எப்போதும், பேஸ்மெண்ட் இல்லாத கிரௌண்ட் ஃப்லோர் (தரை மட்டத்தில்) இருக்கும் அறையில், ஓரத்தில் வைக்க வேண்டும். இதற்கு அதிர்வு குறைக்கும் மேசைகள் (vibration isolation table) உண்டு. அதிலே கூட active, passive என்று இரு வகைகள் உண்டு. காசு அதிகம் செலவானாலும், active என்ற வகை மேசையை வாங்கினால் பலன் உண்டு. முடிந்த வரை வெப்ப நிலை ஒரே மாதிரி இருக்க வேண்டும். சாதாரண AC இல்லாமல், split AC வைத்து, அதில் வரும் காற்று, கருவி மேல் நேராகப் படாமல் வைக்க வேண்டும். அறையில் ஃபேன் இருக்கக் கூடாது. பக்கத்தில் இரைச்சலான தெரு (போக்குவரத்து) இருக்கக் கூடாது. இவ்வளவு ஜாக்கிரதையாக இருந்தால் கூட, நீங்கள் போட்டோ எடுக்கும் சமயம், யாராவது கதவைத் திறந்து மூடினால் ரெசல்யூசன் அடிபடும்.
இந்தியாவில் பல ஆராய்ச்சி நிலையங்களில் (பல்கலை அல்லது ரிசர்ச் லேப்) நல்ல கருவியை வாங்கினாலும், இந்த பாதுகாப்பு(?) நடவடிக்கைகள் சரிவர இல்லாததால் சிறப்பாக படம் எடுக்க முடியாமல் திணறுவார்கள். லோகல் பாலிடிக்சில், சரியான அறை கிடைக்காது. ஒரு கோடி கொடுத்து வாங்கிய கருவியை சரியாகப் பயன்படுத்த , 20 ஆயிரம் ரூபாய் மதிப்புள்ள split AC கிடைக்காது. அதிர்வு குறைக்கும் மேசை இருக்காது. இவற்றின் தேவையை உணராமல், ‘கம்பெனிக்காரன் ஏமாற்றி விட்டான், இந்தக் கருவி சரியில்லை” என்று குறை கூறிவிடுவார்கள். சொல்லப் போனால், நம் ஊரில் இருக்கும் டீலர்/ ஏஜெண்டுக்கு கூட, எப்படி குறையை சரிசெய்ய வேண்டும் என்று தெரிவதில்லை. “இதுதான் சார் மேக்சிமம் வரும்” என்று சொல்லிவிடுவார்கள். இந்தக் கருவிகளுக்கு UPSம் வேண்டும், ஏனென்றால் வேலை செய்யும் போது, தொடர்ந்து மின்சாரம் தேவை. அது எல்லா இடங்களிலும் வாங்கி விடுகிறார்கள். மற்ற விஷயங்களில்தான் பிரச்சனை.
Saturday, December 27, 2008
SEM - செம். வடிவமைப்பு, வேலை செய்யும் விதம்
SEM என்ற Scanning Electron Microscope கருவி எப்படி இருக்கும், வேலை செய்யும் என்பதைப் பார்க்கலாம். இதற்கு முந்திய பதிவில், அலை நீளம் குறைவாக இருக்கும் அலைகளை வைத்து , மைக்ரோஸ்கோப் செய்தால், நிறைய ஜூம் செய்ய முடியும் என்பதைப் பார்த்தோம். ஆனால், புற ஊதாக்கதிர், எக்ஸ் ரே, காமாக் கதிர் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்துவதில் பிரச்சனை வரும் என்பதையும் பார்த்தோம்.
குவாண்டம் இயற்பியல் படி, எந்தப் பொருளுக்கும் அலைப் பண்பும் உண்டு, அதே சமயம் துகள் பண்பும் உண்டு. சாதாரணமாக பெரும்பாலான பொருள்களுக்கு இருக்கும் அலைப் பண்புகளைக் கணக்கிட்டால், அலை நீளம் மீட்டரிலும் கிலோ மீட்டரிலும் வரும். அப்போது, அலைப் பண்புகளை நாம் உணர முடியாது. ஆனால், பொருள்கள் மிக வேகமாக செல்லும்பொழுது அவற்றின் அலை நீளம் குறையும். அப்போது அதன் அலைப் பண்புகளை உணர்வது சுலபம்.
ஒரு பொருளை மிக வேகமாக செலுத்த வேண்டும் என்றால் அதிக ஆற்றலும் செலவாகுமே? நிறை அதிகம் கொண்ட பொருளை செலுத்தி, அதை அலை போல உணர்வது கடினம். ஆனால், இப்போது எலக்ட்ரானை எடுத்துக்கொண்டால், அதன் நிறை மிகக் குறைவு. எலக்ட்ரானை சுலபமாக முடுக்கலாம் (ஆக்சிலரேட் செய்யலாம்). அதனால், எலகட்ரானை வேகமாக செலுத்தினால், அது மிகக் குறைந்த அலை நீளம் (very short wavelength) கொண்ட அலையாக இருக்கும்.
எலக்ட்ரானை வளைப்பது, குவிய வைப்பது போன்ற காரியங்கள் செய்வது எளிது. பாசிடிவ் தகடு வைத்தால் அருகில் வரும், நெகடிவ் தகடு வைத்தால் தள்ளிப் போகும். எலக்ட்ரான் என்றாலே நம் மனதிற்கு ஒரு துகள் என்பதுதான் நினைவுக்கு வரும். அதற்கு அலைப் பண்புகள் இருக்கின்றது, அதை அலையாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்று நமக்கு புரிய வைப்பது குவாண்டம் இயற்பியல்.
எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்தி, ஒரு பொருளின் மேல் செலுத்தினால், அதிலிருந்து எலக்ட்ட்ரான்கள் ஒளி அலைகள் போல எதிரொளித்து வரும். இதை back scattered electron அல்லது ‘பிரதிபலிக்கப் பட்ட எலக்ட்ரான்' என்று சொல்லலாம். சாதாரண ஒளியில் பெரும்பாலும் இது மட்டும்தான் நடக்கும். ஆனால், எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபில் இந்த பிரதிபலிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரானால் அவ்வளவு பயன் இல்லை. எலக்ட்ரான் பொருளில் மோதும்போது, அந்தப் பொருளிலிருந்து சில எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும். இது secondary electron (செகண்டரி எலக்ட்ரான்) என்று சொல்லப்படும். தமிழில் ‘இரண்டாம் தலைமுறை எலக்ட்ரான்' என்று இப்பொதைக்கு சொல்லுவோம். இந்த ‘செகண்டரி எலக்ட்ரான்' மூலம்தான் அந்தப் பொருளைப் பற்றி, அதன் அளவு வடிவம் ஆகியவற்றைப் பற்றி நன்றாக அறிய முடியும். சில சமயங்களில் ‘செம்' SEM என்பதற்கு secondary electron microscope என்று கூட சொல்வார்கள்.
ஒரு செம் கருவியின் வடிவமைப்பு இங்கு வரைபடத்தில் இருக்கிறது.
முதலில் எலக்ட்ரான்களை வெளியிடும் பகுதி. இதில் டங்க்ஸ்டன் இழைகளில் இருந்து எலக்ட்ரான் வரும். இந்த எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்த மின் தகடுகள் பயன்படுத்தப் படும். எலக்ட்ரான்களை குவித்து மிகச் சிறிய அளவில் (சுமார் 1 நேமீ அளவு ) கொண்டு வரவும் வசதிகள் இருக்கும். இப்படி எலக்ட்ரான் கற்றையை , நமது பொருள் மீது படும் பொழுது மிகச் சிறிய புள்ளியாக கொண்டு வந்து விடுவார்கள்.
இப்படி செய்யும் போது, உள்ளே காற்று கொஞ்சம்கூட இருக்கக் கூடாது. காற்று இருந்தால், எலக்ட்ரான்கள் காற்றில் இருக்கும் அணுக்களுடன் மோதும். அணுக்கள் அயனிகளாக மாறி, மின்னல் போல ஷார்ட் சர்க்யூட் வர வாய்ப்பு உள்ளது. அதனால், இந்த கருவிக்கு உள்ளே வெற்றிடமாக இருக்கும்படி பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.
அடுத்து, இந்த எலக்ட்ரான் கற்றை புள்ளிபோல பட்டதும், பொருளில் இருந்து செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும் என்பதைப் பார்த்தோம். இவை டங்க்ஸ்டனில் இருந்து வந்தவை அல்ல, நாம் வைத்துள்ள பொருளில் இருந்து வரும். இவற்றின் ஆற்றல் குறைவாகவே இருக்கும். அதனால் மெதுவாகவே வெளிவரும். புள்ளி படும் இடத்தின் சுத்துவட்டாரத்தில் மேடாக இருந்தால், இந்த செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் மேடுகளில் மோதி அங்கேயே இருந்து விடும்.
சுத்துவட்டாரம் பள்ளமாக இருந்தால், இவை நேராக வெளியே வரும். இப்படி வரும் எலக்ட்ரானகளை கண்டு பிடிக்க ‘டிடெக்டர்' (detector) இருக்கும். அதனால், ஒரு புள்ளியில் எலக்ட்ரான் கற்றையை செலுத்தினால், டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ இந்த ‘இரண்டாம் தலைமுறை' எலக்ட்ரான் வரும்.
எலக்ட்ரான் கற்றையை கொஞ்சம் நகர்த்தினால், அப்போது அது விழும் இடத்தைப் பொறுத்து டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ சிக்னல் வரும். எலக்ட்ரான் கற்றையை எப்படி நகர்த்துவது? இதற்கென்றே X, Y என்று இரண்டு திசையிலும் நகர்த்த மின்காந்தத் தகடுகள் இருக்கும். அவற்றில் மின்னழுத்தத்தை மாற்றினால், எலக்ட்ரான் கற்றை நகரும்.
ஒரு எடுத்துக்காட்டாக பார்த்தால், நாம் ஒருவரை போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ஒரே நொடியில் ஒளி எல்லா இடங்களில் இருந்தும் பிலிமில் விழும். ஆனால், அதற்கு பதிலாக இருட்டாக் இருக்கும் போது, ஃபிளாஷ் இல்லை என்று வைத்துக் கொள்ளவும். ஒளியை மட்டும் லேசர் போல சிறிய புள்ளியில் தரும் கருவி மட்டும் இருக்கிறது என்று கற்பனை செய்வோம். இப்போது காமிராவையும், ஆளையும் நகராமல் வைத்து, புள்ளியை ஆள்மேல் ஓரிடத்தில் செலுத்துவதாக கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். முழு ஆளையும் போட்டோவில் எடுக்க வேண்டும் என்றால், ஒளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, அது பிரதிபலிப்பது எல்லாம் பிலிமில் ஒவ்வொரு இடமாக விழுவதை உறுதி செய்து கொண்டு, ஆள் முழுவதையும் போட்டோ எடுக்க வேண்டும். இதை ஆங்கிலத்தில் Scanning or Rastering என்று சொல்வார்கள்.
அதைப் போலவே, எலக்ட்ரான் கற்றையையும் ஒரு புள்ளியாக்கி, அப்புறம் அந்தப் புள்ளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, வெளிவரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை பதிவு செய்து கொள்ள வேண்டும். புள்ளி எவ்வளவு தூரம் நகரும் என்பது, நாம் மின் தகடுகளில் எவ்வளவு மின்னழுத்தம் அல்லது வோல்டேஜ் கொடுக்கிறோம், எவ்வளவு ஆற்றலுடன் எலக்ட்ரான் வருகிறது என்பதைப் பொறுத்தது. கம்ப்யூட்டரின் உதவியுடன் இதை எல்லாம் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும். இந்த வகையில் ஒரு நே.மீ. அளவு இருக்கும் இடைவெளியைக் கூட நன்றாகப் பார்க்க முடியும். இப்படி வரும் படம் கறுப்பு வெள்ளையாகத்தான் வரும். அதில் இருக்கும் வெளிச்சம்/இருட்டு பிரைட்னஸ்/டார்க்னஸ் , வைத்தே பொருளை மிக நன்றாக பார்க்க முடியும்.
குவாண்டம் இயற்பியல் படி, எந்தப் பொருளுக்கும் அலைப் பண்பும் உண்டு, அதே சமயம் துகள் பண்பும் உண்டு. சாதாரணமாக பெரும்பாலான பொருள்களுக்கு இருக்கும் அலைப் பண்புகளைக் கணக்கிட்டால், அலை நீளம் மீட்டரிலும் கிலோ மீட்டரிலும் வரும். அப்போது, அலைப் பண்புகளை நாம் உணர முடியாது. ஆனால், பொருள்கள் மிக வேகமாக செல்லும்பொழுது அவற்றின் அலை நீளம் குறையும். அப்போது அதன் அலைப் பண்புகளை உணர்வது சுலபம்.
ஒரு பொருளை மிக வேகமாக செலுத்த வேண்டும் என்றால் அதிக ஆற்றலும் செலவாகுமே? நிறை அதிகம் கொண்ட பொருளை செலுத்தி, அதை அலை போல உணர்வது கடினம். ஆனால், இப்போது எலக்ட்ரானை எடுத்துக்கொண்டால், அதன் நிறை மிகக் குறைவு. எலக்ட்ரானை சுலபமாக முடுக்கலாம் (ஆக்சிலரேட் செய்யலாம்). அதனால், எலகட்ரானை வேகமாக செலுத்தினால், அது மிகக் குறைந்த அலை நீளம் (very short wavelength) கொண்ட அலையாக இருக்கும்.
எலக்ட்ரானை வளைப்பது, குவிய வைப்பது போன்ற காரியங்கள் செய்வது எளிது. பாசிடிவ் தகடு வைத்தால் அருகில் வரும், நெகடிவ் தகடு வைத்தால் தள்ளிப் போகும். எலக்ட்ரான் என்றாலே நம் மனதிற்கு ஒரு துகள் என்பதுதான் நினைவுக்கு வரும். அதற்கு அலைப் பண்புகள் இருக்கின்றது, அதை அலையாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்று நமக்கு புரிய வைப்பது குவாண்டம் இயற்பியல்.
எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்தி, ஒரு பொருளின் மேல் செலுத்தினால், அதிலிருந்து எலக்ட்ட்ரான்கள் ஒளி அலைகள் போல எதிரொளித்து வரும். இதை back scattered electron அல்லது ‘பிரதிபலிக்கப் பட்ட எலக்ட்ரான்' என்று சொல்லலாம். சாதாரண ஒளியில் பெரும்பாலும் இது மட்டும்தான் நடக்கும். ஆனால், எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபில் இந்த பிரதிபலிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரானால் அவ்வளவு பயன் இல்லை. எலக்ட்ரான் பொருளில் மோதும்போது, அந்தப் பொருளிலிருந்து சில எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும். இது secondary electron (செகண்டரி எலக்ட்ரான்) என்று சொல்லப்படும். தமிழில் ‘இரண்டாம் தலைமுறை எலக்ட்ரான்' என்று இப்பொதைக்கு சொல்லுவோம். இந்த ‘செகண்டரி எலக்ட்ரான்' மூலம்தான் அந்தப் பொருளைப் பற்றி, அதன் அளவு வடிவம் ஆகியவற்றைப் பற்றி நன்றாக அறிய முடியும். சில சமயங்களில் ‘செம்' SEM என்பதற்கு secondary electron microscope என்று கூட சொல்வார்கள்.
ஒரு செம் கருவியின் வடிவமைப்பு இங்கு வரைபடத்தில் இருக்கிறது.
முதலில் எலக்ட்ரான்களை வெளியிடும் பகுதி. இதில் டங்க்ஸ்டன் இழைகளில் இருந்து எலக்ட்ரான் வரும். இந்த எலக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்த மின் தகடுகள் பயன்படுத்தப் படும். எலக்ட்ரான்களை குவித்து மிகச் சிறிய அளவில் (சுமார் 1 நேமீ அளவு ) கொண்டு வரவும் வசதிகள் இருக்கும். இப்படி எலக்ட்ரான் கற்றையை , நமது பொருள் மீது படும் பொழுது மிகச் சிறிய புள்ளியாக கொண்டு வந்து விடுவார்கள்.
இப்படி செய்யும் போது, உள்ளே காற்று கொஞ்சம்கூட இருக்கக் கூடாது. காற்று இருந்தால், எலக்ட்ரான்கள் காற்றில் இருக்கும் அணுக்களுடன் மோதும். அணுக்கள் அயனிகளாக மாறி, மின்னல் போல ஷார்ட் சர்க்யூட் வர வாய்ப்பு உள்ளது. அதனால், இந்த கருவிக்கு உள்ளே வெற்றிடமாக இருக்கும்படி பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.
அடுத்து, இந்த எலக்ட்ரான் கற்றை புள்ளிபோல பட்டதும், பொருளில் இருந்து செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும் என்பதைப் பார்த்தோம். இவை டங்க்ஸ்டனில் இருந்து வந்தவை அல்ல, நாம் வைத்துள்ள பொருளில் இருந்து வரும். இவற்றின் ஆற்றல் குறைவாகவே இருக்கும். அதனால் மெதுவாகவே வெளிவரும். புள்ளி படும் இடத்தின் சுத்துவட்டாரத்தில் மேடாக இருந்தால், இந்த செகண்டரி எலக்ட்ரான்கள் மேடுகளில் மோதி அங்கேயே இருந்து விடும்.
சுத்துவட்டாரம் பள்ளமாக இருந்தால், இவை நேராக வெளியே வரும். இப்படி வரும் எலக்ட்ரானகளை கண்டு பிடிக்க ‘டிடெக்டர்' (detector) இருக்கும். அதனால், ஒரு புள்ளியில் எலக்ட்ரான் கற்றையை செலுத்தினால், டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ இந்த ‘இரண்டாம் தலைமுறை' எலக்ட்ரான் வரும்.
எலக்ட்ரான் கற்றையை கொஞ்சம் நகர்த்தினால், அப்போது அது விழும் இடத்தைப் பொறுத்து டிடெக்டரில் அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ சிக்னல் வரும். எலக்ட்ரான் கற்றையை எப்படி நகர்த்துவது? இதற்கென்றே X, Y என்று இரண்டு திசையிலும் நகர்த்த மின்காந்தத் தகடுகள் இருக்கும். அவற்றில் மின்னழுத்தத்தை மாற்றினால், எலக்ட்ரான் கற்றை நகரும்.
ஒரு எடுத்துக்காட்டாக பார்த்தால், நாம் ஒருவரை போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ஒரே நொடியில் ஒளி எல்லா இடங்களில் இருந்தும் பிலிமில் விழும். ஆனால், அதற்கு பதிலாக இருட்டாக் இருக்கும் போது, ஃபிளாஷ் இல்லை என்று வைத்துக் கொள்ளவும். ஒளியை மட்டும் லேசர் போல சிறிய புள்ளியில் தரும் கருவி மட்டும் இருக்கிறது என்று கற்பனை செய்வோம். இப்போது காமிராவையும், ஆளையும் நகராமல் வைத்து, புள்ளியை ஆள்மேல் ஓரிடத்தில் செலுத்துவதாக கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். முழு ஆளையும் போட்டோவில் எடுக்க வேண்டும் என்றால், ஒளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, அது பிரதிபலிப்பது எல்லாம் பிலிமில் ஒவ்வொரு இடமாக விழுவதை உறுதி செய்து கொண்டு, ஆள் முழுவதையும் போட்டோ எடுக்க வேண்டும். இதை ஆங்கிலத்தில் Scanning or Rastering என்று சொல்வார்கள்.
அதைப் போலவே, எலக்ட்ரான் கற்றையையும் ஒரு புள்ளியாக்கி, அப்புறம் அந்தப் புள்ளியை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக நகர்த்தி, வெளிவரும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை பதிவு செய்து கொள்ள வேண்டும். புள்ளி எவ்வளவு தூரம் நகரும் என்பது, நாம் மின் தகடுகளில் எவ்வளவு மின்னழுத்தம் அல்லது வோல்டேஜ் கொடுக்கிறோம், எவ்வளவு ஆற்றலுடன் எலக்ட்ரான் வருகிறது என்பதைப் பொறுத்தது. கம்ப்யூட்டரின் உதவியுடன் இதை எல்லாம் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும். இந்த வகையில் ஒரு நே.மீ. அளவு இருக்கும் இடைவெளியைக் கூட நன்றாகப் பார்க்க முடியும். இப்படி வரும் படம் கறுப்பு வெள்ளையாகத்தான் வரும். அதில் இருக்கும் வெளிச்சம்/இருட்டு பிரைட்னஸ்/டார்க்னஸ் , வைத்தே பொருளை மிக நன்றாக பார்க்க முடியும்.
உயர்தொழில்நுட்பக் கருவிகள் (sophisticated or hightech instruments)
இதற்கு முன் நேனோ பற்றி கொஞ்சம் பொதுவான கருத்துக்களை பார்த்தோம். இவ்வளவு சிறிய நேனோ பொருளை எப்படி பார்ப்பது? இதற்கு பல வழிகள் உண்டு. சிலவற்றை இங்கு பார்க்கலாம். குறிப்பாக நான்கு விதமான கருவிகளைப் பார்க்கலாம்.
இது தவிர வேறு கருவிகளும் உண்டு. முதலில் இவற்றைப் பற்றி சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம்.
இவற்றில் ”செம்” என்பது மிக அதிகமாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஏ.எஃப்.எம். என்பது அதிக பயன்பாட்டில் வந்துகொண்டு இருக்கிறது. எஸ்.டீ.எம். முன்பு ஓரளவு இருந்தது, இப்போது குறைந்து வருகிறது. டெம் என்பதை கையாளுவது மிக சிரமம், அதனால் ஓரளவு பயன்பாட்டில் இருக்கிறது. இவற்றை எல்லாமே, ‘மிகப் பெரிய பூதக்கண்ணாடிகள்' என்று எளிமைப் படுத்தி சொல்லலாம்.
ஒரு சிறிய பொருளை, லென்ஸ் வைத்து பெரிதாக்கி பார்க்க முடிகிறது இல்லையா? மிகச் சிறிய பொருளை மைக்ராஸ்கோப் என்ற கருவி வைத்து (இரண்டு அல்லது அதற்கு அதிகமான லென்ஸ் வைத்து செய்யப்பட்ட கருவி) பார்க்கலாம். ஆனால் இதற்கு ஒரு வரம்பு (limit) உண்டு. சும்மா, பெரிய பெரிய லென்ஸ் வைத்து 10,000 மடங்கு, லட்சம் மடங்கு என்று எல்லாம் பெரிதாக்கி பார்க்க முடியாது. ஏன் தெரியுமா?
நம் கண்களுக்கு தெரியும் ஒளியின் அலை நீளம் (wavelength) 400 முதல் 700 நே.மீ. ஆகும். வெறும் கண்களால் பார்க்கும்பொழுது சுமார் 0.1 மி.மீ. அளவு இருக்கும் பொருள் தெரியலாம் . லென்ஸ் அல்லது மைக்ராஸ்கோப் வைத்து பார்க்கும் போது சுமார் 0.01 மி.மீ (அதாவது 10 மைக்ரான்) அளவு இருக்கும் பொருள் தெரியும். ரொம்ப கஷ்டப்பட்டு, லைட்டிங், காண்ட்ராஸ்ட் (lighting, contrast) எல்லாம் அட்ஜஸ்ட் செய்து பார்த்தால் 5 மைக்ரான் அளவிருக்கும் பொருள் தெரியும். அதைவிட அதிகமாக ஜூம் செய்ய பார்த்தால் (எ.கா. பெரிய லென்ஸ் வைத்தால்), பொருள் தெளிவாகத் தெரியாது. தெளிவில்லாமல் (hazy) தெரியும். இதற்கு காரணம் நாம் உணரும் / பார்க்கும் ஒளியின் அலை நீளம் 700 நேமீ அல்லது 0.7 மைக்ரான். ஒரு பொருளை நாம் பார்க்க வேண்டும் என்றால், அந்தப் பொருளில் இருந்து ஒளி வரவேண்டும் (எ.கா. கருப்பு பேப்பரில் வெள்ளை புள்ளி). அல்லது அதை சுற்றி இருக்கும் இடத்தில் இருந்து ஒளி வரவேண்டும் (வெள்ளை பேப்பரில் கருப்பு புள்ளி). அப்போதுதான் நம்மால் எதையுமே பார்த்து அறிய முடிகிறது.
இங்கு ஓரிடத்தில் கருப்பு புள்ளி இருந்தால், கண்ணுக்கு அதை சுற்றி வெள்ளையாக இருப்பதும், ஒரு புள்ளியில் இருந்து மட்டும் ஒளி வரவில்லை (கருப்பாக இருக்கிறது) என்பதும் தெரியும். ஆனால் புள்ளியின் அளவு 1 மைக்ரான் அளவு இருந்தால் பக்கத்தில் இருந்து வரும் ஒளி கூட அந்த புள்ளியில் இருந்து வருவது போல தோன்றும். இதற்கு விளிம்பு வளைவு (diffraction) என்று பெயர். இதனால், புள்ளி தெளிவாகத் தெரியாது, சில சமயங்களில் புள்ளி இருப்பதே தெரியாது.
அதனால்தான், நாம் காற்றில் இருக்கும் தூசிகளை பல சமயங்களில் பார்க்க முடிவதில்லை. நாலு நாள் வீட்டை பெருக்காமல் இருந்தால் தூசி தரையில் கூடிவிடுகிறது. பல தூசிகள் சேர்ந்து பெரிதாக இருந்தால் அதை பார்க்க முடியும். சில சமயங்களில் வீட்டில் சன்னல் வழியே சூரிய வெளிச்சம் கற்றையாக வரும்பொழுது, காற்றில் தூசிகள் ‘அலைவதை' பார்க்க முடியும். ஏனென்றால் அந்த தூசிகள் ஒளியை சிதற அடிக்கும் போது (scatter) நம்மால் பார்க்க முடிகிறது. அவையும் 5 அல்லது 10 மைக்ரானை விட பெரியதாகவே இருக்கும். ஒளிக்கற்றை இல்லாமல் டுயூப் லைட் இருந்தால் அவை பெரும்பாலும் தெரியாது.
ஆனால் நாம் பார்க்கும் ஒளியின் அலை நீளத்தின் அளவே (அல்லது அதைவிட சிறிதாக ) இருக்கும் பொருள்களை பார்க்க முடியாது. இதற்கு விளிம்பு வளைவு வரம்பு (நாக்கு தள்ளுகிறது!) அல்லது diffraction limit அல்லது டைஃப்ராக்ஷன் லிமிட் என்று பெயர்.
இந்த தடையை மீறி சிறிய பொருள்களைப் பார்க்க வழி உண்டா? நிச்சயமாக உண்டு. நாம் இன்னும் சிறிய அலை நீளம் கொண்ட ஒளியைப் பயன்படுத்தினால், அதில் டைஃப்ராக்ஷன் லிமிட் மிகக் குறைவாக இருக்கும். அப்போது 1 மைக்ரான் என்ன, அதில் ஆயிரத்தில் ஒருபங்கான 1 நே.மீ.கூட பார்க்கலாம். பிரச்சனை என்ன என்றால், நம் கண்களுக்கு அந்த ஒளிக்கதிர்களைப் பார்க்கும் அல்லது உணரும் திறன் கிடையாது. அதனால், அந்த மாதிரி கதிர்களை உணரும் கருவிகளைக் கொண்டு, அல்லது காமிரா வைத்து, படம் பிடித்தால், பிறகு அதை கம்ப்யூட்டரில் நாம் பிளாக்-அண்ட்-வொய்ட் படம் போல பார்க்கலாம். நல்ல சாப்ஃட்வேர் இருந்தால் இஷ்டத்துக்கு கலர் கொடுக்கலாம். (டிஸ்கவரி சேனலில், இரவில் அகச்சிவப்பு காமிரா மூலம் எடுத்த படங்களை சில சமயங்களில் பார்க்கலாம்.அதில் கூட பல சமயங்களில் கருப்பு வெள்ளையாக இருக்காது, கருப்பு பச்சையாக இருக்கும்). இந்த அடிப்படையில் வேலை செய்வது ‘செம்' மற்றும் ‘டெம்' கருவிகள்.
இன்னொரு விதத்திலும் சிறிய பொருள்களைப் பார்க்கலாம். இதற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு, ஒரு முழு இருட்டு அறையில் நாம் போக வேண்டி இருந்தால், ‘தடவித் தடவித்' தான் போகவேண்டும். அப்போது, அங்கு ஒரு கம்பியின் தடிமன் எவ்வளவு என்று கேட்டால், விரலால் தடவிப் பார்த்து ஓரளவு சொல்லலாம். ஒரு டேபிளுக்கும், நாற்காலிக்கும் இடையே எவ்வளவு தொலைவு என்று கேட்டால், எவ்வளவு அடி நடக்க வேண்டி இருக்கிறது என்பதை வைத்து ஓரளவு சொல்லலாம். இதைப் போலவே ‘தொட்டுப்பார்த்து' ஒரு நே.மீ. அளவு இருக்கும் பொருளைக்கூட உணர முடியும். அதன் அடிப்படையில் இருப்பது எஸ்.டீ.எம். மற்றும் ஏ.எஃப். எம்.
முதலில் செம் பற்றி பார்க்கலாம். மிகச்சிறிய அலை நீளம் கொண்ட மின்காந்த அலைகள் புற ஊதா (ultra violet), எக்ஸ்-ரே, காமா கதிர் என்று இருக்கும். இவற்றை பயன்படுத்தி ஒரு பொருளை பார்க்கவேண்டும், லென்ஸ் வைத்து பெரிதாக்கி பார்க்கவேண்டும் என்று முயற்சி செய்தால் தோல்விதான் வரும்.
இதற்கு காரணம், நமது மைக்ராஸ்கோப் லென்ஸ் கண்ணாடியால் ஆனது. கண்ணாடி சாதாரண ஒளியை ‘வளைக்கும்' தன்மை உடையது. ஒளி ஒரு பொருளின் மேல் பட்டால் அது ஒன்று எதிரொளிக்கப் படும், அல்லது உறிஞ்சப்படும் அல்லது ஊடுருவி செல்லும் என்பது நமக்கு தெரியும். ஊடுருவி செல்லும்போது, அது வளைந்து அல்லது விலகிச் செல்லலாம். இதை ‘ஒளிவிலகல் எண்' என்று சொல்வார்கள். நம் கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை சுலபமாக லென்ஸ் வைத்து வளைக்கலாம். அதனால்தான் காமிராவில் 7x optical zoom, 3x optical zoom என்று எல்லாம் விற்கிறார்கள். ஆனால் எக்ஸ்-ரே கதிர்களை வளைக்க முடியாது. அதனால் அவற்றை குவிக்க, அல்லது விரிய வைக்க முடியாது. காமாக் கதிர்களின் நிலையும் அதுதான்.
சற்று யோசித்துப் பாருங்கள், உடல்நலம் சரியில்லை எலும்பு முறிவு என்று எக்ஸ்-ரே எடுத்தால், அந்த பிலிம் நமது எலும்பின் சைஸிலேயே வரும். ஏனென்றால் எக்ஸ்-ரேயை சுலபமாக வளைக்க முடியாது. முடிந்திருந்தால், கைக்கு அடக்கமான பிலிமில் கொடுத்து இருப்பார்கள். இதே காரணத்தால்தான், டிஜிட்டல் எக்ஸ் ரே வரவில்லை. 2 அடிக்கு 2 அடி சைஸில் காமிரா செய்ய வேண்டும். விலை கட்டுப்படி ஆகாது.
சரி, புற உதாக் கதிர்களை எடுத்தால் என்ன பிரச்சனை? புற ஊதாக் கதிர்களை ஏறக்குறைய
எல்லாப் பொருள்களுமே உறிஞ்சும். அதனால் நமது பொருளுக்கும், சுற்றி இருக்கும் பொருளுக்கும் எந்த வித்தியாசமும் தெரியாது. ஒரு கருப்பு பேப்பரில் கருப்பு புள்ளி வைத்து ‘புள்ளி எங்கே' என்று கேட்டால் சொல்ல முடியாது. வெள்ளை பேப்பரில் கருப்பு புள்ளியோ அல்லது கருப்பு பேப்பரில் வெள்ளை புள்ளியோ இருந்தால்தான் பார்க்க வழி உண்டு. தவிர, புற ஊதாக்கதிர்களை வளைப்பதுவும் சிரமம்தான். அதை வளைக்க முடியும், ஆனால் லென்ஸே பாதி கதிர்களை உறிஞ்சி ஏப்பம் விட்டு விடும். நாலு லென்ஸ் வைத்து மைக்ராஸ்கோப் செய்தால், கடைசியில் ஒன்றுமே வெளி வராது.
இப்படி, ”அலைநீளம் குறைந்த எல்லா மின்காந்த அலைகளிலும் ஏதோ ஒரு பிரச்சனை இருக்கிறதே, என்னதான் செய்வது” என்று யோசிக்கும் பொழுது, குவாண்டம் இயற்பியல் உதவிக்கு வருகிறது
- Scanning Electron Microscopy அல்லது SEM - செம்
- Transmission Electron Microscopy அல்லது TEM - டெம்
- Atomic Force Microscopy அல்லது AFM-ஏ. எஃப். எம்
- Scanning Tunneling Microscopy அல்லது STM -எஸ்.டீ.எம்.
இது தவிர வேறு கருவிகளும் உண்டு. முதலில் இவற்றைப் பற்றி சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம்.
இவற்றில் ”செம்” என்பது மிக அதிகமாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஏ.எஃப்.எம். என்பது அதிக பயன்பாட்டில் வந்துகொண்டு இருக்கிறது. எஸ்.டீ.எம். முன்பு ஓரளவு இருந்தது, இப்போது குறைந்து வருகிறது. டெம் என்பதை கையாளுவது மிக சிரமம், அதனால் ஓரளவு பயன்பாட்டில் இருக்கிறது. இவற்றை எல்லாமே, ‘மிகப் பெரிய பூதக்கண்ணாடிகள்' என்று எளிமைப் படுத்தி சொல்லலாம்.
ஒரு சிறிய பொருளை, லென்ஸ் வைத்து பெரிதாக்கி பார்க்க முடிகிறது இல்லையா? மிகச் சிறிய பொருளை மைக்ராஸ்கோப் என்ற கருவி வைத்து (இரண்டு அல்லது அதற்கு அதிகமான லென்ஸ் வைத்து செய்யப்பட்ட கருவி) பார்க்கலாம். ஆனால் இதற்கு ஒரு வரம்பு (limit) உண்டு. சும்மா, பெரிய பெரிய லென்ஸ் வைத்து 10,000 மடங்கு, லட்சம் மடங்கு என்று எல்லாம் பெரிதாக்கி பார்க்க முடியாது. ஏன் தெரியுமா?
நம் கண்களுக்கு தெரியும் ஒளியின் அலை நீளம் (wavelength) 400 முதல் 700 நே.மீ. ஆகும். வெறும் கண்களால் பார்க்கும்பொழுது சுமார் 0.1 மி.மீ. அளவு இருக்கும் பொருள் தெரியலாம் . லென்ஸ் அல்லது மைக்ராஸ்கோப் வைத்து பார்க்கும் போது சுமார் 0.01 மி.மீ (அதாவது 10 மைக்ரான்) அளவு இருக்கும் பொருள் தெரியும். ரொம்ப கஷ்டப்பட்டு, லைட்டிங், காண்ட்ராஸ்ட் (lighting, contrast) எல்லாம் அட்ஜஸ்ட் செய்து பார்த்தால் 5 மைக்ரான் அளவிருக்கும் பொருள் தெரியும். அதைவிட அதிகமாக ஜூம் செய்ய பார்த்தால் (எ.கா. பெரிய லென்ஸ் வைத்தால்), பொருள் தெளிவாகத் தெரியாது. தெளிவில்லாமல் (hazy) தெரியும். இதற்கு காரணம் நாம் உணரும் / பார்க்கும் ஒளியின் அலை நீளம் 700 நேமீ அல்லது 0.7 மைக்ரான். ஒரு பொருளை நாம் பார்க்க வேண்டும் என்றால், அந்தப் பொருளில் இருந்து ஒளி வரவேண்டும் (எ.கா. கருப்பு பேப்பரில் வெள்ளை புள்ளி). அல்லது அதை சுற்றி இருக்கும் இடத்தில் இருந்து ஒளி வரவேண்டும் (வெள்ளை பேப்பரில் கருப்பு புள்ளி). அப்போதுதான் நம்மால் எதையுமே பார்த்து அறிய முடிகிறது.
இங்கு ஓரிடத்தில் கருப்பு புள்ளி இருந்தால், கண்ணுக்கு அதை சுற்றி வெள்ளையாக இருப்பதும், ஒரு புள்ளியில் இருந்து மட்டும் ஒளி வரவில்லை (கருப்பாக இருக்கிறது) என்பதும் தெரியும். ஆனால் புள்ளியின் அளவு 1 மைக்ரான் அளவு இருந்தால் பக்கத்தில் இருந்து வரும் ஒளி கூட அந்த புள்ளியில் இருந்து வருவது போல தோன்றும். இதற்கு விளிம்பு வளைவு (diffraction) என்று பெயர். இதனால், புள்ளி தெளிவாகத் தெரியாது, சில சமயங்களில் புள்ளி இருப்பதே தெரியாது.
அதனால்தான், நாம் காற்றில் இருக்கும் தூசிகளை பல சமயங்களில் பார்க்க முடிவதில்லை. நாலு நாள் வீட்டை பெருக்காமல் இருந்தால் தூசி தரையில் கூடிவிடுகிறது. பல தூசிகள் சேர்ந்து பெரிதாக இருந்தால் அதை பார்க்க முடியும். சில சமயங்களில் வீட்டில் சன்னல் வழியே சூரிய வெளிச்சம் கற்றையாக வரும்பொழுது, காற்றில் தூசிகள் ‘அலைவதை' பார்க்க முடியும். ஏனென்றால் அந்த தூசிகள் ஒளியை சிதற அடிக்கும் போது (scatter) நம்மால் பார்க்க முடிகிறது. அவையும் 5 அல்லது 10 மைக்ரானை விட பெரியதாகவே இருக்கும். ஒளிக்கற்றை இல்லாமல் டுயூப் லைட் இருந்தால் அவை பெரும்பாலும் தெரியாது.
ஆனால் நாம் பார்க்கும் ஒளியின் அலை நீளத்தின் அளவே (அல்லது அதைவிட சிறிதாக ) இருக்கும் பொருள்களை பார்க்க முடியாது. இதற்கு விளிம்பு வளைவு வரம்பு (நாக்கு தள்ளுகிறது!) அல்லது diffraction limit அல்லது டைஃப்ராக்ஷன் லிமிட் என்று பெயர்.
இந்த தடையை மீறி சிறிய பொருள்களைப் பார்க்க வழி உண்டா? நிச்சயமாக உண்டு. நாம் இன்னும் சிறிய அலை நீளம் கொண்ட ஒளியைப் பயன்படுத்தினால், அதில் டைஃப்ராக்ஷன் லிமிட் மிகக் குறைவாக இருக்கும். அப்போது 1 மைக்ரான் என்ன, அதில் ஆயிரத்தில் ஒருபங்கான 1 நே.மீ.கூட பார்க்கலாம். பிரச்சனை என்ன என்றால், நம் கண்களுக்கு அந்த ஒளிக்கதிர்களைப் பார்க்கும் அல்லது உணரும் திறன் கிடையாது. அதனால், அந்த மாதிரி கதிர்களை உணரும் கருவிகளைக் கொண்டு, அல்லது காமிரா வைத்து, படம் பிடித்தால், பிறகு அதை கம்ப்யூட்டரில் நாம் பிளாக்-அண்ட்-வொய்ட் படம் போல பார்க்கலாம். நல்ல சாப்ஃட்வேர் இருந்தால் இஷ்டத்துக்கு கலர் கொடுக்கலாம். (டிஸ்கவரி சேனலில், இரவில் அகச்சிவப்பு காமிரா மூலம் எடுத்த படங்களை சில சமயங்களில் பார்க்கலாம்.அதில் கூட பல சமயங்களில் கருப்பு வெள்ளையாக இருக்காது, கருப்பு பச்சையாக இருக்கும்). இந்த அடிப்படையில் வேலை செய்வது ‘செம்' மற்றும் ‘டெம்' கருவிகள்.
இன்னொரு விதத்திலும் சிறிய பொருள்களைப் பார்க்கலாம். இதற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு, ஒரு முழு இருட்டு அறையில் நாம் போக வேண்டி இருந்தால், ‘தடவித் தடவித்' தான் போகவேண்டும். அப்போது, அங்கு ஒரு கம்பியின் தடிமன் எவ்வளவு என்று கேட்டால், விரலால் தடவிப் பார்த்து ஓரளவு சொல்லலாம். ஒரு டேபிளுக்கும், நாற்காலிக்கும் இடையே எவ்வளவு தொலைவு என்று கேட்டால், எவ்வளவு அடி நடக்க வேண்டி இருக்கிறது என்பதை வைத்து ஓரளவு சொல்லலாம். இதைப் போலவே ‘தொட்டுப்பார்த்து' ஒரு நே.மீ. அளவு இருக்கும் பொருளைக்கூட உணர முடியும். அதன் அடிப்படையில் இருப்பது எஸ்.டீ.எம். மற்றும் ஏ.எஃப். எம்.
முதலில் செம் பற்றி பார்க்கலாம். மிகச்சிறிய அலை நீளம் கொண்ட மின்காந்த அலைகள் புற ஊதா (ultra violet), எக்ஸ்-ரே, காமா கதிர் என்று இருக்கும். இவற்றை பயன்படுத்தி ஒரு பொருளை பார்க்கவேண்டும், லென்ஸ் வைத்து பெரிதாக்கி பார்க்கவேண்டும் என்று முயற்சி செய்தால் தோல்விதான் வரும்.
இதற்கு காரணம், நமது மைக்ராஸ்கோப் லென்ஸ் கண்ணாடியால் ஆனது. கண்ணாடி சாதாரண ஒளியை ‘வளைக்கும்' தன்மை உடையது. ஒளி ஒரு பொருளின் மேல் பட்டால் அது ஒன்று எதிரொளிக்கப் படும், அல்லது உறிஞ்சப்படும் அல்லது ஊடுருவி செல்லும் என்பது நமக்கு தெரியும். ஊடுருவி செல்லும்போது, அது வளைந்து அல்லது விலகிச் செல்லலாம். இதை ‘ஒளிவிலகல் எண்' என்று சொல்வார்கள். நம் கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை சுலபமாக லென்ஸ் வைத்து வளைக்கலாம். அதனால்தான் காமிராவில் 7x optical zoom, 3x optical zoom என்று எல்லாம் விற்கிறார்கள். ஆனால் எக்ஸ்-ரே கதிர்களை வளைக்க முடியாது. அதனால் அவற்றை குவிக்க, அல்லது விரிய வைக்க முடியாது. காமாக் கதிர்களின் நிலையும் அதுதான்.
சற்று யோசித்துப் பாருங்கள், உடல்நலம் சரியில்லை எலும்பு முறிவு என்று எக்ஸ்-ரே எடுத்தால், அந்த பிலிம் நமது எலும்பின் சைஸிலேயே வரும். ஏனென்றால் எக்ஸ்-ரேயை சுலபமாக வளைக்க முடியாது. முடிந்திருந்தால், கைக்கு அடக்கமான பிலிமில் கொடுத்து இருப்பார்கள். இதே காரணத்தால்தான், டிஜிட்டல் எக்ஸ் ரே வரவில்லை. 2 அடிக்கு 2 அடி சைஸில் காமிரா செய்ய வேண்டும். விலை கட்டுப்படி ஆகாது.
சரி, புற உதாக் கதிர்களை எடுத்தால் என்ன பிரச்சனை? புற ஊதாக் கதிர்களை ஏறக்குறைய
எல்லாப் பொருள்களுமே உறிஞ்சும். அதனால் நமது பொருளுக்கும், சுற்றி இருக்கும் பொருளுக்கும் எந்த வித்தியாசமும் தெரியாது. ஒரு கருப்பு பேப்பரில் கருப்பு புள்ளி வைத்து ‘புள்ளி எங்கே' என்று கேட்டால் சொல்ல முடியாது. வெள்ளை பேப்பரில் கருப்பு புள்ளியோ அல்லது கருப்பு பேப்பரில் வெள்ளை புள்ளியோ இருந்தால்தான் பார்க்க வழி உண்டு. தவிர, புற ஊதாக்கதிர்களை வளைப்பதுவும் சிரமம்தான். அதை வளைக்க முடியும், ஆனால் லென்ஸே பாதி கதிர்களை உறிஞ்சி ஏப்பம் விட்டு விடும். நாலு லென்ஸ் வைத்து மைக்ராஸ்கோப் செய்தால், கடைசியில் ஒன்றுமே வெளி வராது.
இப்படி, ”அலைநீளம் குறைந்த எல்லா மின்காந்த அலைகளிலும் ஏதோ ஒரு பிரச்சனை இருக்கிறதே, என்னதான் செய்வது” என்று யோசிக்கும் பொழுது, குவாண்டம் இயற்பியல் உதவிக்கு வருகிறது
Saturday, August 16, 2008
நேனோ தொழில்நுட்பம் - (Nano Technology Overview)
இப்போது எதற்கெடுத்தாலும் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள். வாஷிங் மெஷின் வாங்கப் போனால் நேனோ டெக்னாலஜி, ஏசி வாங்கப் போனால் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள். நேனோ என்றால் என்ன? அதில் என்ன சிறப்பு? இவ்வளவு பில்ட் அப் கொடுக்கிறார்களே, உண்மையிலேயே அதில் அவ்வளவு பயன் இருக்கிறதா?
நேனோ என்பது நீளத்தை அளக்கும் ஒரு அளவு கோல். எப்படி நாம் ஊருக்கு ஊர் இருக்கும் தொலைவை கிலோ மீட்டரிலும், துணியின் நீளத்தை மீட்டரிலும், நகத்தின் தடிமனை மில்லி மீட்டரிலும் சொல்கிறோமோ, அதைப் போல மிகச் சிறிய அளவை நேனோ மீட்டரில் சொல்லலாம். ஒரு மி.மீ.இல் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை, மைக்ரோ மீட்டர் அல்லத் மைக்ரான் என்று சொல்லலாம். ஒரு மைக்ரோ மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை நேனோ மீட்டர் (நே.மீ.) என்று சொல்லலாம். நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்கும் பொருள்களை வைத்து செய்யும் தொழில் நுட்பத்தை சுருக்கமாக நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள்.
நேனோ மீட்டர் அளவுகளில் இருக்கும் பொருள்கள், நம் கண்ணுக்கு தெரியாது. நம் கண்களுக்கு தெரியும் ஒளியின் அலை நீளம் சுமார் 400 முதல் 700 நே.மீ. ஆகும். தற்போது அறிவியல் வழக்கில் ஒரு பொருளின் எந்த அளவாவது (நீளம், அல்லது அகலம் அல்லது தடிமன்) 100 நே.மீ.க்கு குறைந்து இருந்தால், அதை நேனோ அளவு உள்ள பொருள் (nano size material) என்று சொல்லலாம் என்று பலர் கருதுகிறார்கள். சிலர், ஒரு பொருளின் எல்லா அளவுகளுமே 10 நே.மீ.க்கு குறைவாக இருந்தால்தான் அதை நே.மீ. அளவு உள்ள பொருள் என்று சொல்லலாம் என்கிறார்கள். மார்கெட்டிங்கில் இருக்கும் மக்கள், முடிந்த வரை தங்கள் product எல்லாவற்றையுமே நேனோ என்று சொல்லத்தான் விரும்புகிறார்கள்.
நேனோ என்ற அளவானதற்கு என்ன எடுத்துக்காட்டு கொடுக்க முடியும்? நம் கண்ணுக்கு புலப்படாத பாக்டீரியா போன்ற உயிரினங்களே மைக்ரோ மீட்டர் அளவுக்கு (அதாவது நே.மீ. போல் ஆயிரம் பங்கு) இருக்கிறது. அதனால் தினசரி வாழ்க்கையில் நாம் பார்க்கும் அல்லது உணரும் எந்தப் பொருளுமே நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்காது.
ஒரு அணுவின் அளவானது சுமார் 0.1 நே.மீ. இருக்கும். பல அணுக்கள் சேர்ந்த ‘அணுக் கூட்டம்' நே.மீ. அளவு இருக்கும். சில நூறு அல்லது ஆயிரம் அணுக்கள் சேர்ந்தால்தான் அது நே.மீ.அளவு வரும். பொதுவாக காற்றில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள் அனைத்தும் நேனோ மீட்டர் அளவில் தான் (அல்லது அதை விடக் குறைவாக) இருக்கிறது. அந்த வகையில் பார்த்தால், உலகு எங்கும் நேனோ டெக்னாலஜி அளவில் இருக்கும் பொருள் (ஆக்சிஜன்) தான் நாம் உயிர் வாழவே உதவுகிறது. அதை நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாமா?
ஆனால், திடப் பொருளாக நே.மீ.அளவில் இருக்கும் பொருள்களைத்தான் நாம் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்வதில் பயன்படுத்துகிறோம். ஒரு பொருள், மிகச் சிறிய துகளாக இருக்கும் பொழுது அதன் மேல் பரப்பளவு (surface area) மிக அதிகமாகும். உதாரணமாக, ஒரு செ.மீ. அகலம் இருக்கும் ஒரு cube எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அதன் பரப்பளவு 6 சதுர செ.மீ. ஆகும். இதை நான்கு சம பாகங்களாகப் பிரித்தால்? அவற்றின் மொத்த பருமன் (total volume) அதே அளவு இருக்கும். ஆனால் பரப்பளவு அதிகமாகும். இப்படி மறுபடியும் மறுபடியும் பிரித்தால், அதன் பரப்பளவு மிக அதிகமாகும்.
இப்படி பரப்பளவு அதிகமாவதால் சில பயன்கள் உண்டு. வினை ஊக்கியாக செயல்படும் பொருள்களின் பரப்பளவு அதிகமானால், அதன் வினை ஊக்கும் திறன் அதிகரிக்கும். இந்த வகையில் நேனோ பொருளின் பயன் அதிகம்.
ஆனால், உண்மையில் நேனோ பொருளில் என்ன சிறப்பு? ஒரு அணுவானது தனியாக இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (atomic properties). அவை கோடிக்கணக்கான அணுக்களுடன் சேர்ந்து இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (bulk properties). இவை சில நூறு அணுக்கள் அல்லது சில ஆயிரம் அணுக்கள் இருக்கும்பொழுது அதன் பண்பு முற்றிலும் மாறியதாக (அதாவது ஒரு அணுவை போலவும் இருக்காது, கோடிக்கணக்கான அணுக்களைப் போலவும் இருக்காது) இருக்கும். அப்படி மாறி இருக்கும் பண்பு நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருந்தால், அது நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாம்.
எடுத்துக் காட்டாக, தங்கம் ஒரு அணுவாக இருந்தால் அதற்கு நிறம் என்று ஒன்றும் கிடையாது. (ஆவி நிலையில் தங்கம் இருந்தால், அது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை உறிஞ்சாது). அதுவே நேனோ அளவில் இருந்தால், அது பச்சை நிறமாக இருக்கும். மி.மீ. அளவில் இருந்தால், அது ஒளியை ஊடுருவி செல்ல விடாது. இங்கு தங்கத்தின் நிறம் பச்சையாக இருந்தால் என்ன பயன்? குறிப்பாக ஒன்றும் இல்லை என்று சொன்னால், “நான் தங்கத்தை நேனோ டெக்னாலஜியில் தயாரித்து இருக்கிறேன்” என்று தண்டோரா போடுவது (உண்மை என்றாலும், வாங்குபவர்க்கு பயனற்றது என்பதால்) ஏமாற்று வேலைதான்.
சில சமயங்களில் சில உலோகங்களால் பாக்டீரியா மற்றும் பல கிருமிகள் கொல்லப்படும். சில்வர் நேனோ என்று சொல்லப்படுவது இந்த வகை. (ஆனால் ஒவ்வொரு நிறுவனமும் இதை ஆராய்சி செய்து ”தங்கள் சாதனத்தில் இவை பயன் தருகின்றனவா?” என்று பார்த்து சொல்கின்றனவா, இல்லை சும்மா சொல்கின்றனவா என்று தெரியவில்லை). சில்வருடன் தாமிரம் (காப்பர்) சேர்த்தால் இன்னமும் நல்லது. வெள்ளியால் சில வகை கிருமிகள் கொல்லப்படும். தாமிரத்தால் இன்னும் சில வகை கொல்லப்படும். இரண்டும் சேர்ந்தால் இந்த இரண்டு வகை தவிர மூன்றாவதாக சில கிருமிகள் கொல்லப் படும். ஏனென்றால், இந்த மூன்றாம் வகை கிருமிகளின் ‘தோலை' திறக்கும் திறன் தாமிரத்திற்கு உண்டு. ஆனால் அவற்றின் உள்ளே தாமிரத்தால் பாதிப்பு இல்லை. வெறும் தாமிரம் மட்டும் இருந்தால், தோல் பாதிக்கப் படும். பிறகு கிருமி அதை சரி செய்து கொள்ளும். வெள்ளியினால், தோலை பாதிக்கவோ ஊடுருவி செல்லவோ முடியாது. ஆனால், உள்ளே சென்று விட்டால், கிருமியை கொல்ல முடியும். தாமிரமும் வெள்ளியும் சேர்ந்து இருந்தால்தான் இந்த வகை கிருமிகளை கொல்ல முடியும்.
சில சமயங்களில் நேனோ வகைப் பொருள்கள் தயார் செய்யப் படும். ஆனால், அவற்றில் 'நேனோப் பண்புகள்' நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருப்பதில்லை. சொல்லப்போனால் தொல்லையாகத்தான் இருக்கிறது. இந்த இடங்களில் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் வேலை செய்கிறோம்' என்று சொல்வது விவரம் தெரியாதவர்களுக்கு தவறான கருத்தை சொல்வதாக நான் நினைக்கிறேன். எடுத்துக் காட்டாக, சிலிக்கன் சில்லு செய்யும் பொழுது, இப்போது 65 நே.மீ. மற்றும் 35 நே.மீ. அளவில் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் செய்கிறார்கள். இதனால், டிரான்ஸிஸ்டரில் பெரிய முன்னேற்றம் இல்லை. அளவு சிறிதாக இருந்தால், ஒரு சில்லில் நிறைய டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வைக்க முடியும். அவ்வளவே. நேனோ அளவில் இருப்பதால் இதற்கு சிறப்பு எதுவும் கிடையாது. இன்னம் சொல்லப் போனால், இவற்றை இணைக்கும் கம்பிகள் இவ்வளவு சிறிதாக செய்யும் பொழுது இவற்றின் நேனோ பண்புகளால் எதிர்பாராத பாதிப்புகள் தான் வருகின்றன.
இந்த மாதிரி கம்பெனிகள் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் செய்கிறோம்” என்று புதிய விஷயத்தைப் போல சொல்வது எனக்கு சரி என்று படவில்லை. அது சரி என்றால், ‘நாங்கள் நேனோவை விட சிறிய அளவில் இருக்கும் ஆக்சிஜனை சுவாசித்து, அதைப் போலவே சிறிய அளவில் இருக்கும் கார்பன் டை ஆக்சைடை வெளி விடுகிறோம். இதை தினமும், தூங்கும் போது கூட செய்கிறோம்” என்று நாம் ஒவ்வொருவரும் சொல்லிக் கொள்ளலாம்.
நேனோ டெக்னாலஜி என்று ஒருவர் சொன்னால், “இதை நேனோவில் செய்யாமல், மைக்ரானில் செய்தால், அல்லது மி.மீ.இல் செய்தால் என்ன மாற்றம் இருக்கும்?” என்று கேளுங்கள். அந்த மாற்றம் எளிதில் கணிக்கக் கூடியது என்றால், இந்த டெக்னாலஜி ஒன்றும் பெரியது அல்ல. உதாரணமாக, நே.மீ. இருக்கும் பொருளில் பரப்பளவு அதிகமாக இருக்கும். அந்தப் பொருள் சிறிய அளவில் இருப்பதால், அதன் மொத்த அளவு குறைவாக இருக்கும். இவை இரண்டும் தவிர வேறு வித்தியாசமான, பயனுள்ள பண்பு இருந்தால்தான் அது உண்மையிலேயே நேனோ டெக்னாலஜி. இல்லாவிட்டால் வெறும் மார்கெடிங் தான். இந்த வகையில் ஏசி, வாசிங் மெஷின் இவற்றில் இருக்கும் சில்வர் நேனோ கூட உண்மையிலேயே பயன் உள்ளதா என்று எனக்கு தெரியவில்லை. இவற்றை மைக்ரான் அளவில் செய்தாலும் கிருமிகள் சாகும் என்றுதான் நினைக்கிறேன். மைக்ரான் அளவில் செய்தால் பொருள் செலவு கொஞ்சம் அதிகம், அவ்வளவே.
சில பொருள்கள், நேனோ அளவில் இருக்கும் பொழுது அவற்றிற்கு காந்தப் பண்புகள் வருகின்றன. பெரிய அளவிலிருக்கும் பொழுது காந்தப் பண்புகள் இருப்பதில்லை. இவற்றை குவாண்டம் இயற்பியல் விளக்குகிறது. இம்மாதிரி பொருள்களை நேனோ என்று சொல்வதில் தவறில்லை.
நேனோ என்பது நீளத்தை அளக்கும் ஒரு அளவு கோல். எப்படி நாம் ஊருக்கு ஊர் இருக்கும் தொலைவை கிலோ மீட்டரிலும், துணியின் நீளத்தை மீட்டரிலும், நகத்தின் தடிமனை மில்லி மீட்டரிலும் சொல்கிறோமோ, அதைப் போல மிகச் சிறிய அளவை நேனோ மீட்டரில் சொல்லலாம். ஒரு மி.மீ.இல் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை, மைக்ரோ மீட்டர் அல்லத் மைக்ரான் என்று சொல்லலாம். ஒரு மைக்ரோ மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை நேனோ மீட்டர் (நே.மீ.) என்று சொல்லலாம். நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்கும் பொருள்களை வைத்து செய்யும் தொழில் நுட்பத்தை சுருக்கமாக நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள்.
நேனோ மீட்டர் அளவுகளில் இருக்கும் பொருள்கள், நம் கண்ணுக்கு தெரியாது. நம் கண்களுக்கு தெரியும் ஒளியின் அலை நீளம் சுமார் 400 முதல் 700 நே.மீ. ஆகும். தற்போது அறிவியல் வழக்கில் ஒரு பொருளின் எந்த அளவாவது (நீளம், அல்லது அகலம் அல்லது தடிமன்) 100 நே.மீ.க்கு குறைந்து இருந்தால், அதை நேனோ அளவு உள்ள பொருள் (nano size material) என்று சொல்லலாம் என்று பலர் கருதுகிறார்கள். சிலர், ஒரு பொருளின் எல்லா அளவுகளுமே 10 நே.மீ.க்கு குறைவாக இருந்தால்தான் அதை நே.மீ. அளவு உள்ள பொருள் என்று சொல்லலாம் என்கிறார்கள். மார்கெட்டிங்கில் இருக்கும் மக்கள், முடிந்த வரை தங்கள் product எல்லாவற்றையுமே நேனோ என்று சொல்லத்தான் விரும்புகிறார்கள்.
நேனோ என்ற அளவானதற்கு என்ன எடுத்துக்காட்டு கொடுக்க முடியும்? நம் கண்ணுக்கு புலப்படாத பாக்டீரியா போன்ற உயிரினங்களே மைக்ரோ மீட்டர் அளவுக்கு (அதாவது நே.மீ. போல் ஆயிரம் பங்கு) இருக்கிறது. அதனால் தினசரி வாழ்க்கையில் நாம் பார்க்கும் அல்லது உணரும் எந்தப் பொருளுமே நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்காது.
ஒரு அணுவின் அளவானது சுமார் 0.1 நே.மீ. இருக்கும். பல அணுக்கள் சேர்ந்த ‘அணுக் கூட்டம்' நே.மீ. அளவு இருக்கும். சில நூறு அல்லது ஆயிரம் அணுக்கள் சேர்ந்தால்தான் அது நே.மீ.அளவு வரும். பொதுவாக காற்றில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள் அனைத்தும் நேனோ மீட்டர் அளவில் தான் (அல்லது அதை விடக் குறைவாக) இருக்கிறது. அந்த வகையில் பார்த்தால், உலகு எங்கும் நேனோ டெக்னாலஜி அளவில் இருக்கும் பொருள் (ஆக்சிஜன்) தான் நாம் உயிர் வாழவே உதவுகிறது. அதை நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாமா?
ஆனால், திடப் பொருளாக நே.மீ.அளவில் இருக்கும் பொருள்களைத்தான் நாம் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்வதில் பயன்படுத்துகிறோம். ஒரு பொருள், மிகச் சிறிய துகளாக இருக்கும் பொழுது அதன் மேல் பரப்பளவு (surface area) மிக அதிகமாகும். உதாரணமாக, ஒரு செ.மீ. அகலம் இருக்கும் ஒரு cube எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அதன் பரப்பளவு 6 சதுர செ.மீ. ஆகும். இதை நான்கு சம பாகங்களாகப் பிரித்தால்? அவற்றின் மொத்த பருமன் (total volume) அதே அளவு இருக்கும். ஆனால் பரப்பளவு அதிகமாகும். இப்படி மறுபடியும் மறுபடியும் பிரித்தால், அதன் பரப்பளவு மிக அதிகமாகும்.
இப்படி பரப்பளவு அதிகமாவதால் சில பயன்கள் உண்டு. வினை ஊக்கியாக செயல்படும் பொருள்களின் பரப்பளவு அதிகமானால், அதன் வினை ஊக்கும் திறன் அதிகரிக்கும். இந்த வகையில் நேனோ பொருளின் பயன் அதிகம்.
ஆனால், உண்மையில் நேனோ பொருளில் என்ன சிறப்பு? ஒரு அணுவானது தனியாக இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (atomic properties). அவை கோடிக்கணக்கான அணுக்களுடன் சேர்ந்து இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (bulk properties). இவை சில நூறு அணுக்கள் அல்லது சில ஆயிரம் அணுக்கள் இருக்கும்பொழுது அதன் பண்பு முற்றிலும் மாறியதாக (அதாவது ஒரு அணுவை போலவும் இருக்காது, கோடிக்கணக்கான அணுக்களைப் போலவும் இருக்காது) இருக்கும். அப்படி மாறி இருக்கும் பண்பு நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருந்தால், அது நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாம்.
எடுத்துக் காட்டாக, தங்கம் ஒரு அணுவாக இருந்தால் அதற்கு நிறம் என்று ஒன்றும் கிடையாது. (ஆவி நிலையில் தங்கம் இருந்தால், அது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை உறிஞ்சாது). அதுவே நேனோ அளவில் இருந்தால், அது பச்சை நிறமாக இருக்கும். மி.மீ. அளவில் இருந்தால், அது ஒளியை ஊடுருவி செல்ல விடாது. இங்கு தங்கத்தின் நிறம் பச்சையாக இருந்தால் என்ன பயன்? குறிப்பாக ஒன்றும் இல்லை என்று சொன்னால், “நான் தங்கத்தை நேனோ டெக்னாலஜியில் தயாரித்து இருக்கிறேன்” என்று தண்டோரா போடுவது (உண்மை என்றாலும், வாங்குபவர்க்கு பயனற்றது என்பதால்) ஏமாற்று வேலைதான்.
சில சமயங்களில் சில உலோகங்களால் பாக்டீரியா மற்றும் பல கிருமிகள் கொல்லப்படும். சில்வர் நேனோ என்று சொல்லப்படுவது இந்த வகை. (ஆனால் ஒவ்வொரு நிறுவனமும் இதை ஆராய்சி செய்து ”தங்கள் சாதனத்தில் இவை பயன் தருகின்றனவா?” என்று பார்த்து சொல்கின்றனவா, இல்லை சும்மா சொல்கின்றனவா என்று தெரியவில்லை). சில்வருடன் தாமிரம் (காப்பர்) சேர்த்தால் இன்னமும் நல்லது. வெள்ளியால் சில வகை கிருமிகள் கொல்லப்படும். தாமிரத்தால் இன்னும் சில வகை கொல்லப்படும். இரண்டும் சேர்ந்தால் இந்த இரண்டு வகை தவிர மூன்றாவதாக சில கிருமிகள் கொல்லப் படும். ஏனென்றால், இந்த மூன்றாம் வகை கிருமிகளின் ‘தோலை' திறக்கும் திறன் தாமிரத்திற்கு உண்டு. ஆனால் அவற்றின் உள்ளே தாமிரத்தால் பாதிப்பு இல்லை. வெறும் தாமிரம் மட்டும் இருந்தால், தோல் பாதிக்கப் படும். பிறகு கிருமி அதை சரி செய்து கொள்ளும். வெள்ளியினால், தோலை பாதிக்கவோ ஊடுருவி செல்லவோ முடியாது. ஆனால், உள்ளே சென்று விட்டால், கிருமியை கொல்ல முடியும். தாமிரமும் வெள்ளியும் சேர்ந்து இருந்தால்தான் இந்த வகை கிருமிகளை கொல்ல முடியும்.
சில சமயங்களில் நேனோ வகைப் பொருள்கள் தயார் செய்யப் படும். ஆனால், அவற்றில் 'நேனோப் பண்புகள்' நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருப்பதில்லை. சொல்லப்போனால் தொல்லையாகத்தான் இருக்கிறது. இந்த இடங்களில் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் வேலை செய்கிறோம்' என்று சொல்வது விவரம் தெரியாதவர்களுக்கு தவறான கருத்தை சொல்வதாக நான் நினைக்கிறேன். எடுத்துக் காட்டாக, சிலிக்கன் சில்லு செய்யும் பொழுது, இப்போது 65 நே.மீ. மற்றும் 35 நே.மீ. அளவில் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் செய்கிறார்கள். இதனால், டிரான்ஸிஸ்டரில் பெரிய முன்னேற்றம் இல்லை. அளவு சிறிதாக இருந்தால், ஒரு சில்லில் நிறைய டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வைக்க முடியும். அவ்வளவே. நேனோ அளவில் இருப்பதால் இதற்கு சிறப்பு எதுவும் கிடையாது. இன்னம் சொல்லப் போனால், இவற்றை இணைக்கும் கம்பிகள் இவ்வளவு சிறிதாக செய்யும் பொழுது இவற்றின் நேனோ பண்புகளால் எதிர்பாராத பாதிப்புகள் தான் வருகின்றன.
இந்த மாதிரி கம்பெனிகள் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் செய்கிறோம்” என்று புதிய விஷயத்தைப் போல சொல்வது எனக்கு சரி என்று படவில்லை. அது சரி என்றால், ‘நாங்கள் நேனோவை விட சிறிய அளவில் இருக்கும் ஆக்சிஜனை சுவாசித்து, அதைப் போலவே சிறிய அளவில் இருக்கும் கார்பன் டை ஆக்சைடை வெளி விடுகிறோம். இதை தினமும், தூங்கும் போது கூட செய்கிறோம்” என்று நாம் ஒவ்வொருவரும் சொல்லிக் கொள்ளலாம்.
நேனோ டெக்னாலஜி என்று ஒருவர் சொன்னால், “இதை நேனோவில் செய்யாமல், மைக்ரானில் செய்தால், அல்லது மி.மீ.இல் செய்தால் என்ன மாற்றம் இருக்கும்?” என்று கேளுங்கள். அந்த மாற்றம் எளிதில் கணிக்கக் கூடியது என்றால், இந்த டெக்னாலஜி ஒன்றும் பெரியது அல்ல. உதாரணமாக, நே.மீ. இருக்கும் பொருளில் பரப்பளவு அதிகமாக இருக்கும். அந்தப் பொருள் சிறிய அளவில் இருப்பதால், அதன் மொத்த அளவு குறைவாக இருக்கும். இவை இரண்டும் தவிர வேறு வித்தியாசமான, பயனுள்ள பண்பு இருந்தால்தான் அது உண்மையிலேயே நேனோ டெக்னாலஜி. இல்லாவிட்டால் வெறும் மார்கெடிங் தான். இந்த வகையில் ஏசி, வாசிங் மெஷின் இவற்றில் இருக்கும் சில்வர் நேனோ கூட உண்மையிலேயே பயன் உள்ளதா என்று எனக்கு தெரியவில்லை. இவற்றை மைக்ரான் அளவில் செய்தாலும் கிருமிகள் சாகும் என்றுதான் நினைக்கிறேன். மைக்ரான் அளவில் செய்தால் பொருள் செலவு கொஞ்சம் அதிகம், அவ்வளவே.
சில பொருள்கள், நேனோ அளவில் இருக்கும் பொழுது அவற்றிற்கு காந்தப் பண்புகள் வருகின்றன. பெரிய அளவிலிருக்கும் பொழுது காந்தப் பண்புகள் இருப்பதில்லை. இவற்றை குவாண்டம் இயற்பியல் விளக்குகிறது. இம்மாதிரி பொருள்களை நேனோ என்று சொல்வதில் தவறில்லை.
Subscribe to:
Posts (Atom)
