විදු නැණ කිරණScience Dissemination Unit

විද්‍යා ප්‍රබන්ධ / විද්‍යා ලිපි

නැනෝ කුරුමිට්ටාගේ යෝධ ශක්‍යතා


නැනෝ යන වචනය ග්‍රීක බසින් බිදී ආවකි. එහි ග්‍රීක තේරුම කුරුමිට්ටා යන්නයි. එයින් අපට අදහසක් ලැබෙනවා නැනෝ යනුවෙන් හදුන්වන්නේ කුඩා බව හඟවන පදයක් කියලා. මෙට්‍රික් මිනුම් වලදි නම් නැනෝ කියන උපසර්ගයෙන් අදහස් වන්නේ බිලියනයෙන් පංගුව එහෙමත් නැත්නම් 10-9 කියන අගයයි.
නැනෝ කියන්නේ කොච්චර පරිමාණයක්ද කියලා දැනගන්න අපි මෙට්‍රික් මිනුම් වලදි භාවිත වන උපසර්ග කීපයක් සලකා බලමු.

එහෙනම් නැනෝමිටරයක් කියන්නේ කොච්චරක්ද?
මීටරයෙන් බිලියනයෙන් පංගුවක් නේද?
ඔබට ඒ කොපමන කුඩාද කියා හිතන්න පුලුවන්ද?

අපි නැනෝ පරිමාණයට ගිහින් බලමු නැනෝ මීටරයක තරම. 

නැනෝ පරිමාණය කියලා අපි හදුන්වන්නේ 1nm –100nm අතර පරිමාණයේ වස්තුන්. ඒ කියන්නේ යම් වස්තුවක දිග, පළල, උස, වැනි ඕනෑම මිනුමකින් එකක් හෝ 1nm –100nm අතර පරිමානයේ පවතිනවා නම් එය නැනෝ වස්තුවක් ලෙස සලකන්නට අපට පුළුවන්.

  • අපට පියවි ඇසට පෙනෙන කුඩා දේවල් මොනවාද?
    කූඹියෙක්, කෙස් ගසක්, ඉදිකටු හිසක්
  • ඊටත් වඩා කුඩා පරිමාණයේ දේවල් අපි ආලෝක අන්වීක්ෂයෙන් බලනවා. ඒ මොනවගේ දේවල්ද?
    රුධිර සෛල, බැක්ටීරියා සෛල
  • ඒවා මයික්‍රෝ පරිමාණයේ වස්තූන්. එහෙනම් නැනෝ ඊටත් වඩා කුඩාද? ඔව්. ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයකින් තමා අපට නැනෝ වස්තුන් දකින්න පුලුවන් වෙන්නේ. ඒ වගේ දේවල් තමා,
  • රයිබසෝම,  DNA අණු වගේ දේවල්.

දැන් ඔබට නැනෝ වස්තුවක තරම දැනෙනවාද? මේ රූප බලන්න ඔබට හොඳින් වැටහේවි.



 

දැන් අපි නැනෝ පරිමාණය ගැන හොඳ වැටහීමක් ලබාගත්තානේ. දැන් මේ නැනෝ ආශ්‍රිත කේෂ්ත්‍ර ගැන වැටහීමක් ලබා ගනිමු. ඒ සදහා අපි හඳුනාගතයුතු යෙදුවම් කීපයක් සලකා බලමු.

 

නැනෝ ව්‍යුහ ( Nano Structures )

නැනෝ පරිමාණයේ ලක්ෂණ ඇති ව්‍යුහ

නැනෝ විද්‍යාව ( Nano Science )

නැනෝ ව්‍යුහ වල හැසිරීම හා ලක්ෂණ පිළිබඳ අධ්‍යනය

නැනෝ තාක්ෂණය (Nano Technology)

නැනෝ ව්‍යුහයන් නිපදවීමේ හා වර්ගීකරණයේ ක්‍රමවේදයන් හා ඒවා භාවිතයට ගැනීම

නැනෝ නිෂ්පාදන (Nano  Manufacturing)

නැනෝ ව්‍යුහයන් පිළිගත හැකි සහ වානිජමය පැවැත්මක් ඇති අයුරින් නිපදවීම

 

එසේ නම් මේ නැනෝ විද්‍යාව හා තාක්ෂණය යොදාගන්නේ ගොඩනැගීමේ එහෙමත් නැත්නම් නිෂ්පාදනයේ ක්‍රමවේදයක් ලෙස කියලා අපට පැහැදිළියි. සාමාන්‍ය නිෂ්පාදන තාක්ෂණයට වඩා නැනෝ තාක්ෂණයෙන් අත්වන වාසි අපි පසුවට සාකච්ඡා කරමු.

අප භාවිත කරන නිෂ්පාදන තාක්ෂණයන් සලකා බලනකොට ඒවා හඳුන්වන සුවිශේෂි යෙදුම් තිබෙනවා. දැනට අපි භාවිත කරන තාක්ෂණය හදුන්වන නම තමයි “ඉහල සිට පහලට (Top – Down) ක්‍රමය”.
        උදා: කලුගලක් කැටයම් කර මූර්තියක් නිෂ්පාදනය.

නමුත් නැනෝ නිෂ්පාදන ක්‍රමවේදයේදි අපි භාවිත කරන්නේ “පහල සිට ඉහලට (Bottom – Up) ක්‍රමය”.
        උදා: ගඩොලින් ගඩොල එක් කර බිත්තියක් සෑදීම.

ඒ අනුව අපට පැහැදිළි වන්නේ නැනෝ තාක්ෂණයේදි සිදුකරන්නේ කුඩාම අණුවේ පටන් පිළිවලින් අසුරමින් අවසාන නිෂ්පාදනයට සුවිශේෂ ලක්ෂණ ලබාදීම බවයි.

නැනෝ තාක්ෂණය පිළිබඳ පවතින ප්‍රධාන දුර්මතය තමා එය නිෂ්පාදන ද්‍රව්‍ය කුඩා කර ගැනීමට යොදා ගන්නක් බව. එය එසේ නොවන බව දැන් ඔබට පැහැදිළියි නේද?  
අපි මේ කතා කරන නැනෝ තාක්ෂණය/නැනෝ විද්‍යාව ලෝකයට බිහිවුනේ එහෙම නැත්නම් හඳුන්වා දුන්නේ කව්ද? කොහොමද කියලත් අපි සොයා බලමු.

ඇත්තටම නැනෝ විද්‍යාවේ මූලාරම්භය ස්වභාවධර්මයයි. නැනෝ තාක්ෂණයේ බොහොමයක් යෙදීම් ස්වභාවධර්මයේ දක්නට ලැබෙනවා. අපි ඒවා ඉදිරියේදි සාකච්ඡා කරමු. ඒ වගේම ඈත අතීතයේදි පවා තාක්ෂණය ගැන දැනුමක් නැතත් නොදැනුවත්වම නැනෝ අංශු භාවිත කර ඇති බවට සාධක හමුවී තිබෙනවා.


 

  • මෙම ඉපැරණි නිර්මාණ දෙකම ආලෝකය හමුවේ විවිධ වර්ණ වලින් දිස්වීමේ හැකියාවෙන් යුක්ත වෙනවා. ඒවාට ඒ හැකියාව ලැබී තිබෙන්නේ ඒවා සෑදිමට යොදාගත් නැනෝ අංශු වල පවතින සුවිශේෂී පදාර්ථමය ගුණ හේතුවෙනි.

නමුත් ස්ථීර විද්‍යාත්මක පසුබිමක් ඇතිව ලෝකයට නැනෝ විද්‍යාව ගැන පැහැදිළි කිරීමක් ලබා දෙන ලද්දේ 1965 දී ආචාර්ය රිචඩ් ෆේමන් විසිනි.

නැනෝ විද්‍යාව ගැන පැහැදිළි කරමින් ඔහු විසින් පවත්වන ලද දේශන වලදී ඔහු පල කළ අදහස් අතරින් සමහරක් නැනෝ විද්‍යාව කෙරෙහි ලෝකයේ නව පෙළඹවීමක් ඇතිකිරීමට සමත් වුනා.

“There is plenty of room at the bottom”
(යටි පත්තේ තවත් බොහෝ ඉඩ ඇත) 
මෙයින් ඔහු අදහස් කලේ කුමක්ද?
යම් වස්තුවක් සෑදී ඇත්තේ අංශු අණු වලින්, එම අංශු හෝ අණු නැනෝ පරිමාණයේ සිටම ක්‍රමවත්ව අසුරන්නේ නම් එම වස්තුව අරක්ගන්නා ඉඩ ප්‍රමාණයට වඩා බෙහෙවින් අඩුය. තවත් ඉතිරි වන ඉඩක්ද ඇත. කෙතරම් කදිම අදහසක්ද?

“Why cannot we write the entire 24 volumes of the Encyclopedia Britannica on a pin head?”
(බ්‍රිටැනිකා නම් විශ්වකෝෂයේ වෙලුම් 24 ම ඇල්පෙනෙති හිසක් මත ලිවිය නොහැකිද?)
ඔහුගේ මේ අදහස යථාර්තයක්ද? නැත්ද? ඇත්තෙන්ම ඊට විසඳුමක් තිබෙනවා. නැනෝ විද්‍යාවෙනුයි ඔහු ඒ විසඳුම ලබා දුන්නේ.

අල්පෙනෙති හිසක විශ්කම්භය අඟලෙන් 1/16 කි. විශ්වකෝෂයේ පිටු සියල්ලම අරක්ගන්නා වර්ගඵලය සැලකූ විට එහි විශ්කම්භය ඇල්පෙනෙති හිසෙහි විශ්කම්භය මෙන් 25000 ගුණයකි. එසේනම් විශ්වකෝෂයේ අකුරු 25000 ගුණයකින් කුඩා කර ලියවහොත් එය අල්පෙනෙති හිස මත ලියා අවසන් කළ හැකියි නේද? නමුත් එසේ ලිවිය හැකි ක්‍රමය පිලිබඳවයි ගැටළුව ඇතිවන්නේ. අන්න ඒ සඳහා විසඳුම තමයි නැනෝ විද්‍යාවේ හා තාක්ෂණයේ නිෂ්පාදන ක්‍රමවේද තුලින් සොයන්නට ලෝකය පෙළඹුනේ.

ඒ වගේ නැනෝ තාක්ෂණය යන්නට නිර්වචනයක් ලබාදෙන ලද්දේ 1974 වසරේදි ටෝකියෝ විශ්ව විද්‍යාලයේ මහාචාර්ය නෝරියෝ තන්ගුවිවි විසිනි.
නැනෝ තාක්ෂණය ලෝකය වෙත ගෙන යා හැකි යෙදවීම් රාශියක් ගැන අදහස් පලකරමින් “නිර්මාණයේ යන්ත්‍ර - අනාගත නැනෝ තාක්ෂණ යුගය” නම් කෘතිය රචනා කල මහාචාර්ය එරික් ඩෙක්ස්ලර් නැනෝ තාක්ෂණයේ පියා ලෙස සලකනු ලැබේ.  

මේ සමගම ලෝකයා වෙත නැනෝ විද්‍යාව හා නැනෝ තාක්ෂණය පිළිබඳ අදහසක් ලබා දෙන ලදි. පසුව 1980 දශකයේ මුල් භාගයේදී නැනෝ කේෂ්ත්‍ර‍යේ නව පිබිදිමක් ඇතිවිය. ඊට මුලිකවම හේතුන් වුයේ එම කාලය තුළ පොකුරු විද්‍යාවේ(cluster science) ඇරඹුම සිදුවීම හා පරිලෝකන අන්වීක්ෂයේ (Scanning Tunneling Microscope) සොයැගැනීම සිදුවීමයි. 

ඉලෙක්ට්‍රොනික අන්වීක්ෂයේ නව සොයාගැනිම සමග විද්‍යාත්මක ලෝකයේ සැරිසැරීමටත් නැනෝ ලෝකයට පිවිසීමටත් අවස්ථාව උදා වුනා. ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය භාවිතයෙන් විද්‍යාඥයන් මෙතෙක් නොදුටු පැත්තක් වන නැනෝ පද්ධතින් සියැසින් දකිමින් ඒවායේ ගුණ හා ලක්ෂණ අධ්‍යනය කරමින් එතුළින් විද්‍යාවේ දියුණුවට උකහගත හැකි දෑ සොයන්නට උනන්දු වුනා.

නැනෝ විද්‍යාව තුළින් විශ්මිත නිමවුම් කිරීමට ලෝකයට හැකියාව ලැබුනේ කෙසේද? කලින් සඳහන් කරපු විදිහට විද්‍යාඥයින් විසින් නැනෝ පදාර්ථයෙන් හදුනාගත් සුවිශේෂි ගුණාංග හා ලක්ෂණ නිසයි මේ පෙරළිය කරන්නට ලෝකයට හැකි වුනේ. නැනෝ තාක්ෂණය දැනට භාවිත වන තාක්ෂණික ක්‍රම වලට වඩා වෙනත් ස්වරූපයක් ගන්නෙන් පදාර්ථයෙන් නැනෝ පරිමාණයේදී සුවිශේෂි භෞතික, රසායනික හා ජෛවීය ගුණ ඉස්මතු වන නිසයි. මෙසේ ඉස්මතු වන සුවිශේෂී ලක්ෂණ සමුහ වශයෙන් පවතින පදාර්ථයෙන් වගේම පරමාණු වශයෙන් පවතින පදාර්ථයේ ගුණ වලිනුත් වෙනස් වන අතර එම ගුණ වඩාත් ප්‍ර‍යෝජනවත් අයුරින් භාවිතයට ගන්නට පුලුවන්. ඒ ගුණාංග වගේම එසේ සුවිශේෂී ගුණාංග පැවතීමටත් විශේෂ හේතු තිබෙනවා. අපි මුලින්ම ඒ හේතු ගැන ඉගෙන ගනිමු. 

  • නැනෝ පරිමාණයේදි ගුරුත්වාකර්ෂණ බල යටපත් වී වැන්ඩවාල් බල ප්‍රමුඛ වෙනවා.
  • නැනෝ පදාර්ථයේ චලිතය හා ශක්තිය සම්බන්ධ සංසිද්ධින් නිවුටන් නියම වලින් අපගමනය වී ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාව අනුව ක්‍රියාත්මක වෙනවා.
  • නැනෝ පදාර්ථයේ පෘශ්ඨික වර්ගඵලය/පරිමාව (A/V) අනුපාතය ඉතාම ඉහල අගයක්.
  • නැනෝ පරිමාණයේදි අණු වල සසම්භාවී චලිතය බෙහෙවින් වැඩි වනවා.

 

නැනෝ පදාර්ථයේ ආකර්ෂණ - විකර්ෂණ බල වල ක්‍රියාකාරිත්වය.
සාමාන්‍යය පදාර්ථයට පවතින ප්‍රධානතම ආකර්ෂණ බලය ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයයි. නමුත් නැනෝ පදාර්ථයේදි එය හීන වන්නේ ඇයි? ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය (F), අදාල වස්තුන් දෙකෙහි ස්කන්ධයන් (M), (m) හා වස්තු දෙක අතර දුර (r) යන සාධක මත රඳා පවතියි.

                            F = G  Mm                         (G - ගුරුත්වජ නියතය)
                                      r2
 නැනෝ අංශු වල ස්කන්ධය ඉතාමත් අඩුය. ඒවා නොසැලකිය හැකි තරම් කුඩා නිසා ඒවා අතර පවතින ආකර්ෂණ බලද නොසැලකිය හැකි තත්වයට පත්වේ.
වැන්ඩවාල් බල කියන්නේ, අණු - අණු අතර (අන්තර් අණුක) හෝ අණුවක පරමාණු අතර (අන්ත:අණුක) ආකර්ෂණ හෝ විකර්ෂණ බලයන්ටයි.

වැන්ඩවාල් බල වලට උදාහරණ:

  • ද්විධ්‍රැව - ද්විධ්‍රැව ආකර්ෂණ බල
  • ප්‍රේරිත ද්විධ්‍රැව - ද්විධ්‍රැව ආකර්ෂණ බල
  • ප්‍රේරිත ද්විධ්‍රැව - ප්‍රේරිත ද්විධ්‍රැව ආකර්ෂණ බල

වැන්ඩවාල් බල වලට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතුවන්නේ අණුවල ධ්‍රැවීයතාවයි. අණු කුඩා වන තරමට අණුවක ධ්‍රැවීයතාවය වැඩි වෙනවා. එමනිසා නැනෝ අංශු ආශ්‍ර‍යේදී ගුරුත්වාකර්ෂණ බල අබිභවමින් ප්‍රමුඛ වීමට වැන්ඩවාල් බල වලට හැකි වනවා.

පෘෂ්ඨික කේෂ්ත්‍රඵලය/පරිමාව (A/V) අනුපාතය ඉහළ යයි


ඉහත ගැටළුව විසදා ගන්නට හැකි වුනාද? එයින් ඔබට වැටහෙනවා නේද නැනෝ පරිමාණයේදි පදාර්ථයට ලැබෙන A/V අගය ඉහල යන තරමට අවට පරිසරය සමඟ ගැටෙන අංශු ප්‍රතිශතය ඉහල යනවා. එය විවිධ ගුණ ඉස්මතු වීමට හේතු වෙනවා.

අනුවල සසම්භාවී චලිතය
මහා පරිමාණයේ වස්තු වල චලිතය අපට පෙනෙන්නේ සුළු වශයෙන්. ඒ වගේම ඒ චලිතය සිදුවන්නේ අඩු වේගයකින්. නමුත් නැනෝ පරිමාණය වැනි කුඩා පරිමාණ වලදී නැනෝ අංශු අධික වේගයෙන් පුළුල් පරාසයක චලනය දක්වනවා. එනිසාද නැනෝ පදාර්ථයට සුවිශේෂී ලක්ෂණ හිමිවෙනවා.

ක්වොන්ටම් විද්‍යාවට අනුව චලිතය
නැනෝ වස්තුන්ගේ චලිතය හා ශක්තිය සම්බන්ධ සිද්ධින් විස්තර කිරීමට නිවුටන් නියම ආශ්‍රිත පැහැදිළි කිරීමක් වෙනුවට ක්වොන්ටම් විද්‍යාව ආශ්‍රිත පැහැදිළි කිරීමක් අවශ්‍යයි. ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ අන්තර්ගත වන්නේ පදාර්ථයේ හැසිරීමත් අන්තර් ක්‍රියාත් අණුක, පරමාණුක හෝ උප පරමාණුක මට්ටමෙන් විග්‍රහ කරන මූලධර්ම රාශියකි. එමගින් කිරණ වල තරංගමය හා අංශුමය ලක්ෂණද විග්‍රහ කරයි. නැනෝ අංශු තරංගමය ලක්ෂණද ලබාගෙන පෙන්වන ගුණාංග මෙතුළින් පැහැදිළි කරගත හැකිය.

දැන් අපි මේ ඉහත සඳහන් කල හේතු නිසා තමයි නැනෝ පදාර්ථයේ ලක්ෂණ සුවිශේෂීත්වයක් හිමිකර ගන්නේ. පදාර්ථය සතු ලක්ෂණ මොනවාදැයි මුලින්ම සලකා බලමු. ඊට පස්සේ අපට පුළුවන් නැනෝ පරිමාණයේදි ඒවා වෙනස් වන ආකාරය සලකා බලන්නට.

  • ප්‍රකාශ ගුණ (වර්ණය, පාරදෘශ්‍යභාවය)
  • විද්‍යුත් ගුණ (සන්නායකතාව)
  • භෞතික ගුණ (ඝණත්වය, ද්‍රවාංකය)
  • රසායනාක ගුණ (ප්‍රතික්‍රියාශීලිත්වය)

 

නැනෝ පදාර්ථයේ ප්‍රකාශ ගුණ
පදාර්තය වර්ණයෙන් හා පාරදෘශ්‍යතාවයන් සුවි‍ශේෂි ලක්‍ෂණ පෙන්වීම සිදුවේ. අපි උදාහරණ කීපයකින් එය පැහැදිලි කර ගනිමු.

රත්‍රං (Au) ලෝහය සාමාන්‍ය ස්වභාවයේ පවතින විට රන් පාටින් පෙනේ. නමුත් නැනෝ ප්‍රමාණයේ රත්‍රං අංශු විවිධ වර්ණ වලින් දිස්වේ. 1nm රත්‍රං කහ දුඹුරු පාටින්ද‍, 20nm රත්‍රං අංශු රතු පාටින්ද, 100nm රත්‍රං අංශු දම් පාටින්ද දිස්වීම විශ්මයජනකයි නේද? ඊට හේතු වන්නේ අංශු වල ප්‍රමාණය කුඩා වන විට එම අංශු ආලෝකය අවශෝෂණය හා විසුරුවාහැරීම වෙනස් ආකාරයට සිදු වීමයි.

අපි කවුරුත් දන්නා sunscreen ක්‍රීම් වර්ග වල අඩංගු සං‍ඝටකය ZnO ය. එය UV කිරණ ඇතුල්වීම අවහිර කරන නිසා ක්‍රීම් වලට යොදා ගනියි. එය දෘශ්‍ය ආලෝකය විසුරුවා හරින නිසයි සුදු පාටින් දිස්වන්නේ. නමුත් නැනෝ ප්‍රමාණයේ ZnO අවර්ණයි. UV කිරණ අවහිර කලද දෘශ්‍ය ආලෝකය විසුරාවා නොහරියි. එනිසා අවර්ණභාවය ඇති වේ. නැනෝ ප්‍රමාණයේ මෙවැනි සංඝටක වාසිදායක නිෂ්පාදන කිරීම සඳහා වැදගත් වේ.

නැනෝ පදාර්ථයේ යාන්ත්‍රික ගුණ

සාමාන්‍ය‍යෙන් පොදි/සමුහ වශයෙන් පවතින පදාර්ථයේ පහත ගුණාංග ඊට වඩා ඉතාමත් උසස් තත්වයෙන් නැනෝ පදාර්ථයේ පවතිනවා.

  • දැඩි බව.
  • ප්‍රත්‍යස්ථතා මාපාංකය.
  • බිදී යාමට දක්වන ප්‍රතිරෝධය.
  • සීරීම් වලට දක්වන ප්‍රතිරෝධය.
  • දරා ගැනීමේ හැකියාව.

උදා -: පළුදු රහිත සිලිකන් නැනෝ ගෝල (විශ්කම්භය 20nm – 50nm ) වල දැඩි බව 50 Gpa ක් පමණ වේ. එය සමුහ වශයෙන් පවතින Si වල දැඩි බව මෙන් සිවු ගුණයෙකි.

නැනෝ පදාර්ථයේ විද්‍යුත් ගුණ
අංශු කුඩා වන විට ඒ අංශු වල අඩංගු ඉලෙක්ට්‍රෝන වල චලිත හැකියාව වෙනස් වන නිසා විද්‍යුත් ගුණාංගද වෙනස් වෙනවා. කාබන් සලකන විට ග්‍රැෆයිට් හැරුනාම අනෙක් කාබන් ප්‍ර‍භේද විද්‍යුත් කුසන්නායක ලෙසයි අප සලකන්නේ. නමුත් කාබන් නැනෝ නාල ගැන ඔබ අසා තිබේද? (carbon  nano tubes ) ඒවාට සුවිශේෂි වු විද්‍යුත් ගුණ තිබෙනවා. ඒ වගේම ඒවා වානේ වාගේ 20 ගුණයක් පමණ ශක්තිමත්. වඩාත් නම්‍යශිලීය. නැනෝ කුරුමිට්ටාගේ විශ්මයජනක හැකියාවන් දැන් ඔබට වැටහෙනවා නේද?
නැනෝ පදාර්ථයේ භෞතික ගුණ
නැනෝ අංශු වල ද්‍රවාංක‍, තාපාංක එම මුලද්‍රවය හෝ සංයෝග සාමාන්‍ය අවස්ථාවේ දක්වන අගයන්ට වඩා බෙහෙවින් පහල අගයන් ගනියි. එසේ වන්නේ කොහොමද කියලා අපි හොයලා බලමු. ද්‍රවාංකය කියන්නේ ඝන ද්‍රව්‍යක නිශ්චිත ස්ථානවල පවත්න අංශු වලට නිදහසේ චලනය වීමට අවශ්‍ය ශක්තිය ලබා දෙන උෂ්ණත්වයයි. මතුපිට පෘෂ්ඨයේ පවතින අංශු අභ්‍යන්තර අංශු වලට වඩා ලිහිල් අවස්ථාවකයි පවතින්නේ. මොකද ඒවා ගැටෙන්නේ අඩු අංශු ප්‍රමාණයක් සමග නිසා අඩු ආකර්ෂණ බල ප්‍රමාණයකටයි යටත්වෙලා තියෙන්නේ. එනිසා ඒවා අඩු ශක්තියකදීම නිදහස් චලිතයට පත් වෙනවා. නැනෝ වස්තු සලකන කොට ඒවායේ A/V  (කේෂ්ත්‍රඵලය/පරිමාව ) අගය ඉතා ඉහලයි. බාහිරව පවතින අණු ප්‍රතිශතය එවිට වැඩිවන නිසා අඩු ශක්තියකින් නිදහස් වන අණු ප්‍රතිශතයද ඉහළය. එනිසා ද්‍රව වීමට අවශ්‍ය ශක්තිය අඩුය. අවශ්‍ය උෂ්ණත්වයද අඩු බැවින් ද්‍රවාංකය පහල යයි.

නැනෝ පදාර්ථයේ රසායනික ලක්ෂණ
නැනෝ අංශු වල A/V (කේෂ්ත්‍රඵලය/පරිමාව ) අගය ඉතා ඉහල බව දැන් දන්නවානේ. එනිසා අණු සමග ගැටීමේ හැකියාව වැඩියි. සසම්භාවී චලිතයද වැඩි නිසා එය තවත් වර්ධනය වේ. මේ ලක්ෂණ නිසා ප්‍රතික්‍රියාතාවය, ප්‍රතික්‍රියා මාපාංකය යනාදිය සාමාන්‍ය පදාර්ථයට වඩා බෙහෙවින් වැඩි අගයක් ගනී.  නැනෝ පදාර්ථයේ සුවිශේෂි ගුණාංග සහ ලක්ෂණ මොනවාදැයි අපි දැන් ඉගෙනගත්තානේ. දැන් අපි බලමු එම ගුණාංග ඇත්තටම අපිට දැකගන්න පුලුවන් අවස්ථා තියනවද කියලා. මුලින්ම අපි සඳහන් කලා සොබාදහම තුල තමා නැනෝ විද්‍යාවේ අපුර්වතම රහස් සැඟවිලා තියෙන්නෙ කියලා. එහෙනම් මෙන්න බලන්න ස්වභාවික නැනෝ ලෝකය.

ඔබ කවදාවත් හිතුවද මිනිසාට කලින් හූනෙක්, මකුලුවෙක්, කුරුල්ලෙක්, සමනලයෙක්, එහෙමත් නැත්නම් කුරුමිණියෙක් නැනෝ විද්‍යාව භාවිත කලා කියලා? ඔව්! ඒක තමා ඇත්ත. අපි බලමු මේ සතුන් ලඟ තිබෙන්නෙ කොයි වගේ රහසක්ද කියලා.

හූණා ගැන සිතන්න . හූණාට සිරස් බිත්ති දිගේ පමණක් නොව, වහලෙ මත උඩුබැලි අතට වුනත් ගමන් කරන්න පුලුවන්. අපි කවදාවත් දැකලා නැහැ නේද එහෙම උඩුබැලි අතට ගමන් කරල හූණෙක් වැටිලා ඉන්නවා. ඒ කොහොමද ඒ? හූණා වහලෙට ඇලිලද ඉන්නේ? ඔව්! හූණා වහලෙට ඇලිලා ඉන්නේ එයාගේ පාදයේ තිබෙන නැනෝ ව්‍යූහයක් නිසයි. උගේ එක් පාදයක නැනෝ කෙඳි 500,000 ක් පමණ තිබෙනවා. එක් කෙන්දක නැනෝ චූෂණ කොටස් 100 ගණනක් තිබෙනවා. එක් පාදයකින් 100N ක පමණ බලයක් ඇති කරන්න ඌට පුළුවන්. පුදුමයි නේද?

අපි මකුළුවා දෙසට හැරෙමු. වසර මිලියන 450 කට පමණ පෙර සිට මකුළුවන් විසින් කෙඳි හා ඵලක ලෙස ඇසිරිය හැකි නැනෝ පදාර්ථයක් මගින් සේද වියනවා. එම සේද වල ශක්තිමත් බව හා ප්‍රත්‍යන්ථ බව ඉතාම ඉහලයි. නැනෝ පරිමාණයේ සංඝටකයකින් නිර්මාණය වන මකුළුදැල් ස්කන්ධය අනුව වානේ හා සම ප්‍රමාණයක් සැලකුවහොත් ඒවා වානේ වලට වඩා ශක්තිමත්. ඒ වගේම මුල් දිග වගේ 10 ගුණයක් වුනත් ඇදීමේ හැකියාවෙන් යුක්තයි.

ටොකන් නම් පක්ෂියා ගැන ඔබ අසා තිබෙනවාද? උගේ හොටේ තිබෙන්නේ නැනෝ ව්‍යූහික සැකැස්මක් බාහිර ස්ථරය එකමත ඇසුරුණ නැනෝ ප්‍රමාණයේ කෙරටිනීමය ඵලක වලින්ද අභ්‍යන්තර ජාලාකාරව ඇසුරුණු ඵලක වලින්ද සමන්විත වනවා. මේ නිසා හොටට ශක්තිය අවශෝෂණය කිරිමේ හැකියාව ඉතා ඉහල ලෙස පවතිනවා. කෙතරම් ප්‍රභල ගැටුමක් සිදුවුවත් උගේ හොටට පලුද්දක් නොවන්නේ ඒ නිසයි. සමනලයාගේ තටු සකස් වෙලා තියෙන්නේ ස්ථර වශෙයෙන් සකස් වූ නැනෝ අංශු වලින්. ඒවා අතර පවතින වෙනස්කම් සහිත පරතරයන් හේතුවෙන් තමයි ආලෝකය විසුරුවාහැරීම වෙනස් ආකාර වලින් සිදු වෙමින් වෙනස් වර්ණයන් තටු වලට ලබාදෙන්නේ.

හිපපොටේමස්! මේ සතා ගැන ඔබ මොනවද හිතන්නේ? බොහොම උදාසීන පෙනුමක් තමයි තිබෙන්නේ. ඒ වුණාට මෙයා වැඩකාරයා! එයාට පුලුවන් sunscreen වර්ගයක් හදන්නට. ඒ කොහොමද බලමුකෝ. හිපොගෙ දහදිය 200nm – 600nm අතර තරංග ආයාම‍යෙන් යුත් ආලෝක කිරණ අවශෝෂණය කිරිමේ හැකියාවෙන් යුක්තයි. දහදියේ අඩංගු සංයෝග sunscreen වර්ගයක් ලෙස ක්‍රියා කරමින් සම ආරක්ෂා කරනවා. හිපෝ කොච්චර ලොකු වුනත්, නැනෝ ක්‍රියාවලියකට දායක වන ආකාරය දැක්කා නේද?     

සතුන් විතරක් නෙවෙයි. ශාක ලඟත් මෙවැනි රහස් තිබෙනවා. නෙළුම් කොළය හරිම පිරිසිදුයි නේද? කුණු දූවිලි රඳන්නේ නැහැ. ජලය උරාගන්නේ නැහැ. මේ ලක්ෂණ වලට හේතු වන්නේත් නෙළුම් කොලයේ නැනෝ ව්‍යුහයයි.

ඔබ මොහතකට වත් සිතුවද මේ මිහිතලය මත ජීවය රැඳී පවතින්න ප්‍රධානතම හේතුන් වන්නේ නැනෝ ක්‍රියාවලීන්ය කියලා? ඇයි බලන්නකෝ ප්‍රභාසංස්ලේෂණය, සෛලීය ස්වසනය, ප්‍රෝටින් සංස්ලේෂණය, DNA ප්‍රතිවලිත වීම. මේ වගේ ක්‍රියාවන් සියල්ලම නැනෝ ක්‍රියාවන් නේද? ඒවා සිදුවන්නේ සෛල ඇතුලේ පවතින ඉන්ද්‍රිකා තුළදීය. නැනෝ ප්‍රමාණයේ අණු මගින් තමයි ඉහත ක්‍රියාවලි සිදුවන්නේ. එහෙනම් අපේ ශරීර ඇතුලෙත් ජෛවීය නැනෝ කර්මාන්තශාලා තිබෙනවා නේද? සොබා දහමේ රහස් සැමවිට විශ්මිතයි. ඒ විශ්මිත නිමැවුම් සොයා යන මිනිසාට ඉදිරියේදි තවත් අපූර්ව නිමවුම් හඳුනාගන්නට හැකි වේවි. එසේම ඒ අදහස් මානව තාක්ෂණයේ දියුණුවට යොදාගන්නට අපට හැකිවේවි.

මිනිසා සැමවිටම ගවේෂණශීලී මනසකින්ද හසල බුද්ධියකින්ද යුත් සත්වයෙක්. සොබා දහමතුළ දුටු නැනෝ විද්‍යාවේ රහස් තම තාක්ෂණවේදයන්ට ඇතුල්කර ගැනීමට ඔහු පසුබට වුනේ නැහැ. නැනෝ තාක්ෂණයේ භාවිතයන් වර්තමානයේදී ක්‍රමක්‍රමයෙන් ව්‍යාප්ත වන අතර අනාගතයේදී අතිශයින් බහුල වනු ඇති.

එවැනි නිර්මාණ කීපයක් ගැන අපිත් දැනුවත් වෙමු.
නෙළුම් කොලයේ ස්වභාවය සහිත රෙදිපිළි විවිධ සමාගම් විසින් නිපදවා තිබෙනවා. මේවා මත ජලය හෝ වෙනත් කුණු පැල්ලම් රඳෙන්නේ නැහැ. මෙම රෙදිපිළි නෙළුම් කොල මෙන් සුපිරි ජලභීතික ලක්ෂණ පෙන්නුම් කරනවා. රෙදිපිළි නිෂ්පාදනය කිරීමේදී කපු කෙඳි අතරට 100nm ප්‍රමාණයේ නැනෝ කෙඳි එක් කිරීමෙන් මෙම නැනෝ ව්‍යුහය සකස් කර තිබෙනවා.

ආලේප කල පසු නෙළුම් කොළයේ ස්වභාවය ලබාදෙන නැනෝ තීන්ත වර්ගයක් නිෂ්පාදනය වී තිබෙනවා. ඒවා මගින් ගොඩනැගිලි මත දුහුවිලි රැදීම වලක්වන අතරම විශේෂයෙන්ම වායු දූෂක බිඳහෙලීම සිදු කරනවා. පාරජම්බුල කිරණට නිරාවරණය වූ විට කාබනික හා අකාබනික වායු දූෂක බිඳහෙලන අතර ඒවා වැසි ජලය මගින් සේදි යාමට සලස්වයි.

වාහන සඳහාද සුවිශේෂි නැනෝ තීන්ත වර්ග හඳුන්වා දී තිබෙනවා. ඒවා මඟින් වාහනය පතුරු යැම වලක්වන අතර කුණු දූහුවිලි රඳවා ගැනීමට වලකිවයි. දීප්තිමත් හා දිදුලන වර්ණ වාහන වලට ලබා දීමට මෙම නැනෝ තීන්ත වලට හාකියාව තිබෙනවා. අනාගතයේදි ස්වයංක්‍රියව වර්ණය වෙනස් කිරීමටත් අළුත්වැඩියා කිරීමටත් මෙම නැනෝ තීන්ත වලට හැකි වනු ඇත.

සංවේදී නැනෝ ආලේපන ගැන ඔබ අසා තිබෙනවාද? විශේෂයෙන්ම සෘතු පවතින රටවලට මෙය වැදගත් වෙනවා. මේ ආලේපනය ජනේල වල ආලේප කල විට ග්‍රීෂ්ම කාලයේදි බාහිර සූර්ය රශ්මිය පරාවර්තනය හා ශීත කාලයේදි බාහිර උෂ්ණත්වය අවශෝෂණය කරමින් ගොඩනැගිලි තුල ප්‍රශස්ථ උෂණත්වය පවත්වා ගනු ලබනවා.

අපි කලින් කතා කරපු හූණාගේ හැකියාව ඔබටත් ඇත්නම් කියා ඔබට සිතුනාද? මෙන්න එහෙනම් ඔබට සතුටු හිතෙන කතාවක්. හූණාගේ පාදයට සමාන පෘශ්ඨ නිර්මාණය කොට ඒවා භාවිතයෙන් බිත්ති දිගේ ඉහල නැගීමට ක්‍රමයක් ගැන විද්‍යාඥයන් උත්සහ කරනවා. අනාගතයේ ඒක සාර්ථක වුවහොත් ඔබටත් spider man කෙනෙකු වන්නට පුලුවන් වේවි.   

ඒ විතරක් නෙවේ, මැන්චෙස්ටර් විශ්ව විද්‍යාලයේ දැනට සිදු කර තිබෙන පර්යේෂණයකින් හූණාගේ පාදයේ ලොම් වලට සමාන නැනෝ ලොම් සහිත ගම් රහිත ඇලුම් පටි වර්ගයක් නිර්මාණය කර තිබෙනවා.

ටෝකන් පක්ෂියාගේ හොටේ ව්‍යුහය අනුගමනය කරමින් ශක්තිමත් බව හා සැහැල්ලු බව සුරකින සුවිශේෂ ද්‍රව්‍ය නිර්මාණය කර තිබෙනවා. ඒවා මගින්, මගීන්ගේ ආරක්ෂාව ඉතාහොඳින් සලසන රථවාහන හා සැහැල්ලු ගුවන්යානා නිෂ්පාදනයට සුදානම් කර ඇත.

සමනලයාගේ තටු අතර වර්ණ හුවමාරු වීමේ ක්‍රියාවලිය අනුගමනය කරමින් වර්ණ වෙනස්කල හැකි රෙදිපිළිද නිර්මාණය වීමට නියමිතයි. 

නැනෝ පෙරහන්  1nm පමන ප්‍රමාණයේ සිදුරු සහිත පෙරහන් මගින් 100% ක්ම බැක්ටීරියා හා සියලුම ව්‍යාධිජනකයන් ඉවත් කරනු ලබනවා. මෙය කාර්මික හා කෘෂිකාර්මික අපජලය පිරිපහදු කිරීමටත් නැවත භාවිතයටත් කදිම ක්‍රමයක්.

රිදී නැනෝ අංශු භාවිතයෙන් සෞඛ්‍ය ගැටළු රාශියකට විසඳුම් සොයා ගෙන තිබෙනවා. රිදී නැනෝ අංශු මඟින් HIV සෛල ආගන්තුක සෛල වලට බැඳීම වලක්වයි. කලිලමය රිදී අංශු මගින් සරම්ප වෛරසය පලවා හරියි. හෙපටයිටිස් B වෛරසය මෙන්ම සූකර උණ වැනි වසංගත සඳහා පිලියමක් ලෙසද රිදී නැනෝ අංශු භාවිත කලහැකි බව වෛද්‍ය මතයයි.

අනාගත වෛද්‍ය ‍කේෂ්ත්‍ර‍යේ ලොකුම පෙරළිය නැනෝ රොබෝවරුන් නිසා සිදුවන්නට පුලුවන්. ඔවුන් භාවිතයෙන් සිදුකරන ස්වයංක්‍රීය ශල්‍යකර්ම වගේම පිලිකා සෛල විනාශ කිරීම ගැනත් ඔබට අනාගතයේදි අසන්නට ලැබේවි.
මදකට සිතන්න. මේ සදහන් කල තොරතුරු ගැන සිතන විට ඔබට හැගෙන්නේ මොනවාද? අනාගත ලෝකයේ නැනෝ තාක්ෂණය හරහා මහා විප්ලවයක් වේවියැයි ඔබට සිතෙනවා නේද? ඔව් එය එසේම සිදුවේවි. එහෙත් අපි සිතන්නට අවශ්‍ය කාරණා කීපයක්ද තිබෙනවා. මන්ද නැනෝ තාක්ෂණයේ හොඳ මෙන්ම නරකද නැතුවාම නොවේ.

නැනෝ තාක්ෂණය භාවිතයේදි පැන නැගිය හැකි සෞඛ්‍ය ගැටළු රාශියක් තිබෙනවා. නැනෝ අංශු අඩංගු සංයෝග ආමාශගතවීම සම හරහා අවශෝෂණය වීම හා සිතා මතා ශරීරගත කිරීමට ඉඩ තිබෙනවා. එමගින් ඉදිමුම්, ආසාත්මිකතාවයන්, ප්‍රතිශක්තිකරණ පද්ධතියේ දුර්වල වීම් සිදුවීමට ඉඩ තිබෙනවා.

ඒ වගේම පාරිසරික ගැටළුද ඇතිවිය හැකිය. ජලය, ශාක හා පස යනාදිය තුළට නැනෝ අංශු ඇතුල් වීමත් එමගින් ඒවාගේ අභ්‍යන්තර වෙනස්කම් ඇති වීමත් සිදුවිය හැකිය.

එමනිසා නැනෝ තාක්ෂණය භාවිතයට ගැනීමේදි ඒ ආශ්‍රිතව ඇතිවන අවධානම් සහගත විභවයන්ද හොඳින් අධ්‍යනය කල යුතු අතරම එවැනි කාරනා නිසා නැනෝ නිෂ්පාදන සම්බන්ධයෙන් ජාතික හා ජාත්‍යන්තර වශයෙන් එකඟතාවයන් හා නීති රීති පැනවීම අත්‍යවශ්‍ය වේ.

නැනෝ විද්‍යාවත්, නැනෝ තාක්ෂණයත් තිරසාර අන්දමින් ලෝකය තුල ව්‍යාප්ත කිරීමට අපට හැකි වන්නේ නම්, එතුලින් අප අවට පවතින ලෝකය වඩා සූක්ෂම ලෙස අන්වේෂණය කිරීමෙන් විදු ලොවේ නව ප්‍රබෝධයක් ඇතිවනු නිසැකයි.

ඔබේත් මගේත් ගවේෂණශීලී මනසට නැනෝ ලොවේ සැගවුනු රහස් හරහා සැරිසරන්නට ඉඩ දෙමු. නැවුම් අදහස් හා සංකල්ප තුලින් අපි නැනෝ ලොවින් - නව ලොවකට පිය නගමු.   
මේ අපේ යුගයයි - මේ නැනෝ යුගයයි.

උපදෙස්: ආචාර්ය කුමාරී තිලකරත්න
සැකසුම: සත්‍යා දිසානායක

 


2005 - 2011 All Rights Reserved by CATKAN Foundation & Institute of Fundamental Studies-Sri Lanka