আমস্টারডাম পদার্থবিদদের উদ্ভাবন: শূন্যস্থানে বাষ্পীভবন শীতলীকরণে বিশুদ্ধ বরফ থ্রিডি প্রিন্টিং

আমস্টারডাম বিশ্ববিদ্যালয়ের ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্সের পদার্থবিজ্ঞানীরা একটি অভিনব পদ্ধতি প্রদর্শন করেছেন, যা কোনো প্রকার বাহ্যিক শীতলীকরণ বা ক্রায়োজেনিক্স ছাড়াই সম্পূর্ণ বিশুদ্ধ বরফ দিয়ে জটিল মডেল থ্রিডি প্রিন্ট করতে সক্ষম। এই কৌশলটি শূন্যস্থান চেম্বারের অভ্যন্তরে প্রাকৃতিক বাষ্পীভবন শীতলীকরণের নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে, যা প্রচলিত বরফ প্রিন্টিং পদ্ধতির তুলনায় একটি সরল ও সাশ্রয়ী বিকল্প উপস্থাপন করে।

এই ধারণার প্রমাণস্বরূপ, গবেষকরা প্রায় ২৬ মিনিটের মধ্যে ৮-সেন্টিমিটার উঁচু একটি ক্রিসমাস ট্রি-এর বরফের কাঠামো সফলভাবে থ্রিডি প্রিন্ট করে দেখিয়েছেন। এই গুরুত্বপূর্ণ ফলাফলটি মেনো ডেমেনি, স্টেফান কুইজ এবং ড্যানিয়েল বনের লেখা একটি arXiv প্রিপ্রিন্টে নথিভুক্ত করা হয়েছে। তাদের পদ্ধতিতে, অতি-নিম্নচাপের শূন্যস্থান পরিবেশে জলের একটি সূক্ষ্ম ধারা নির্গত করা হয়। এই হ্রাসকৃত পরিবেষ্টিত চাপে, নির্গত জলের দ্রুত বাষ্পীভবন ঘটে, যা সুপ্ত তাপ শোষণ করে এবং অবশিষ্ট জলকে হিমাঙ্কের নিচে, অর্থাৎ সুপারকুলড তরল অবস্থায় নিয়ে আসে।

জলীয় বাষ্প নির্গত হওয়ার সময় সুপ্ত তাপ টেনে নেওয়ার ফলে জলের ধারা দ্রুত শীতল হয়। যখন এই অতি-শীতলীকৃত স্রোতটি সাবস্ট্রেট বা পূর্বের বরফের স্তরের উপর পতিত হয়, তখন তা প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে জমে গিয়ে স্থিতিশীল বরফের কাঠামো তৈরি করে। এই স্তর-ভিত্তিক নির্মাণ পদ্ধতিটি ক্রিসমাস ট্রি, শঙ্কু, উল্লম্ব স্তম্ভ এবং মুক্ত-দণ্ডায়মান জিগজ্যাগ কাঠামোর মতো জটিল জ্যামিতিগুলির উচ্চ-বিশ্বস্ত প্রিন্টিং সক্ষম করে। এই প্রক্রিয়াটি অন্যান্য পদ্ধতিতে দৃশ্যমান ছিটকে যাওয়া বা ঝাপসা হওয়ার সমস্যা এড়িয়ে চলে, কারণ নতুন স্তরটি সঙ্গে সঙ্গে জমে স্থিতিশীলতা বজায় রাখে এবং কোনো সহায়ক উপাদানের প্রয়োজন হয় না।

প্রিন্টিং সম্পন্ন হওয়ার পর, শূন্যস্থান পাম্প বন্ধ করে চাপ স্বাভাবিক করলে বস্তুটি পরিষ্কার জলে নিয়ন্ত্রিত উপায়ে গলে যায়, ফলে কোনো অবশিষ্টাংশ থাকে না। গবেষকরা মনে করছেন, এই সরল এবং সাশ্রয়ী পদ্ধতিটির একাধিক ক্ষেত্রে প্রয়োগ সম্ভব। জীববিজ্ঞানের ক্ষেত্রে, এটি টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং স্ক্যাফোল্ড তৈরির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে উপাদান বিশুদ্ধতা বায়োকম্প্যাটিবিলিটির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পূর্বে, কার্নেগি মেলন বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরাও -35°C তাপমাত্রা ব্যবহার করে বরফ প্রিন্টিংয়ের মাধ্যমে টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের জন্য স্যাক্রিফিসিয়াল টেমপ্লেট তৈরির পদ্ধতি তৈরি করেছিলেন। আমস্টারডামের এই নতুন পদ্ধতির সুবিধা হলো এটি ক্রায়োজেনিক অবকাঠামো ছাড়াই কাজ করে, যা পরিচালন ব্যয়কে উল্লেখযোগ্যভাবে কম রাখে।

এছাড়াও, প্রকৌশল ক্ষেত্রে, এই কৌশলটি মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেল তৈরির জন্য অত্যন্ত উপযোগী হতে পারে, যেখানে বরফের কাঠামো গলিয়ে পরিষ্কার, ফাঁপা পথ তৈরি করা যায়। ড্যানিয়েল বনের মতে, এই পরীক্ষাটি তাপ স্থানান্তর, দশার পরিবর্তন এবং পরিবেষ্টিত চাপের প্রভাবের মতো মৌলিক তাপগতিবিদ্যার নীতিগুলিকে সরাসরি দৃশ্যমান করে তোলার একটি শক্তিশালী শিক্ষামূলক সরঞ্জাম হিসেবেও কাজ করে। সবচেয়ে আকর্ষণীয় দিক হলো, এই পদ্ধতির প্রয়োজনীয় নিম্নচাপ মঙ্গল গ্রহেও বিদ্যমান, যা স্থানীয় জল ব্যবহার করে অন-সাইট বরফ প্রিন্টিংয়ের সম্ভাবনা উন্মুক্ত করে, যেখানে নভোচারীদের ব্যয়বহুল ক্রায়োজেনিক সরঞ্জাম বহন করার প্রয়োজন হবে না।