Nanogeoscience
નેનોજીયોસાયન્સ એ ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય પ્રણાલીઓ સાથે સંબંધિત નેનોસ્કેલ ઘટનાઓનો અભ્યાસ છે. મુખ્યત્વે, આની તપાસ 1-100 નેનોમીટર કદ વચ્ચેના પર્યાવરણીય નેનોપાર્ટિકલ્સનો અભ્યાસ કરીને કરવામાં આવે છે. અભ્યાસના અન્ય લાગુ પડતા ક્ષેત્રોમાં નેનોસ્કેલ સુધી મર્યાદિત ઓછામાં ઓછા એક પરિમાણ સાથે અભ્યાસ સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે (દા. ત. પાતળા પટલ, મર્યાદિત પ્રવાહી) અને પર્યાવરણીય આંતરપૃષ્ઠોમાં ઊર્જા, ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન અને દ્રવ્યનું સ્થાનાંતરણ. વાતાવરણ જેમ જેમ માનવ પ્રવૃત્તિના પરિણામોને કારણે વધુ ધૂળ વાતાવરણમાં પ્રવેશ કરે છે (સીધી અસરો, જેમ કે જમીન સાફ કરવી અને રણકરણ, વિરુદ્ધ પરોક્ષ અસરો, જેમ કે ગ્લોબલ વોર્મિંગ), ખનિજ ધૂળની અસરોને સમજવી વધુ મહત્વપૂર્ણ બને છે વાતાવરણની વાયુ રચના, વાદળોની રચનાની સ્થિતિ અને વૈશ્વિક-અર્થ કિરણોત્સર્ગી દબાણ (એટલે કે ગરમી અથવા ઠંડકની અસરો) પર. દરિયાઈ સમુદ્રશાસ્ત્રીઓ સામાન્ય રીતે 0.2 માઈક્રોમીટર અને તેનાથી મોટા કણોના અભ્યાસ કરે છે, જેનો અર્થ છે કે ઘણા બધા નેનોસ્કેલ કણોની તપાસ કરવામાં આવતી નથી, ખાસ કરીને રચના પદ્ધતિઓના સંદર્ભમાં. માટીનું જળ-ખડક-બેક્ટેરિયા નેનોસાયન્સ કોઈ પણ રીતે વિકસિત થયું નથી, તેમ છતાં હવામાન, માટી અને જળ-ખડક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિજ્ઞાનના લગભગ તમામ પાસાઓ (ભૂ-અને જૈવ પ્રક્રિયાઓ બંને) નેનોસાયન્સ સાથે નિશ્ચિતપણે જોડાયેલા છે. પૃથ્વીની નજીકની સપાટીની અંદર, જે સામગ્રી ભાંગી પડે છે, તેમજ જે સામગ્રી ઉત્પન્ન થાય છે તે ઘણીવાર નેનોસ્કેલ શાસનમાં હોય છે. વધુમાં, કાર્બનિક અણુઓ, સરળ અને જટિલ, તેમજ બેક્ટેરિયા અને જમીન અને ખડકોમાંની તમામ વનસ્પતિ અને પ્રાણીસૃષ્ટિ હાજર ખનિજ ઘટકો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તેથી નેનોડિમેન્શન અને નેનોસ્કેલ પ્રક્રિયાઓ એ દિવસનો ક્રમ છે. ધાતુ પરિવહન નેનોસાયન્સ જમીન પર, સંશોધકો અભ્યાસ કરે છે કે કેવી રીતે નેનોસાઇઝ્ડ ખનિજો જમીનમાંથી આર્સેનિક, તાંબુ અને સીસું જેવા ઝેર મેળવે છે. આ પ્રક્રિયાને સરળ બનાવવી, જેને માટી સુધારણા કહેવાય છે, તે એક મુશ્કેલ વ્યવસાય છે. નેનોજીયોસાયન્સ વિકાસના પ્રમાણમાં પ્રારંભિક તબક્કામાં છે. ભૂવિજ્ઞાનમાં નેનોસાયન્સની ભવિષ્યની દિશાઓમાં મહાસાગરોમાં, ખંડોમાં અને વાતાવરણમાં નેનોસાઇઝ્ડ કણો અને/અથવા ફિલ્મોના ઓળખ, વિતરણ અને અસામાન્ય રાસાયણિક ગુણધર્મો અને તેઓ પૃથ્વીની પ્રક્રિયાઓને અનપેક્ષિત રીતે કેવી રીતે ચલાવે છે તેનો સમાવેશ થશે. વધુમાં, નેનો ટેકનોલોજી પૃથ્વી અને પર્યાવરણીય સંવેદના પ્રણાલીઓની આગામી પેઢીના વિકાસની ચાવી હશે. નેનોપાર્ટિકલ્સની કદ-આધારિત સ્થિરતા અને પ્રતિક્રિયાશીલતા નેનોજીયોસાયન્સ જમીન, જળ પ્રણાલીઓ અને વાતાવરણમાં નેનોપાર્ટિકલ્સની રચનાઓ, ગુણધર્મો અને વર્તણૂકો સાથે વ્યવહાર કરે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓમાંની એક એ છે કે નેનોપાર્ટિકલ્સની સ્થિરતા અને પ્રતિક્રિયાત્મકતાનું કદ-નિર્ભરતા. આ મોટા ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને નાના કણોના કદ પર નેનોપાર્ટિકલ્સના સપાટી પરમાણુ માળખામાં તફાવતોને કારણે ઉદભવે છે. સામાન્ય રીતે, નેનોપાર્ટિકલ્સની મુક્ત ઊર્જા તેમના કણોના કદના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. બે અથવા વધુ માળખાઓ અપનાવી શકે તેવી સામગ્રી માટે, કદ-આધારિત મુક્ત ઊર્જા ચોક્કસ કદ પર તબક્કા સ્થિરતા ક્રોસઓવરમાં પરિણમી શકે છે. મુક્ત ઊર્જા ઘટાડો સ્ફટિક વૃદ્ધિ (અણુ-દ્વારા-અણુ અથવા લક્ષી જોડાણ દ્વારા) ને ચલાવે છે, જે કદમાં વધારો થતાં સંબંધિત તબક્કાની સ્થિરતામાં ફેરફારને કારણે તબક્કાના પરિવર્તનને ફરીથી ચલાવી શકે છે. આ પ્રક્રિયાઓ કુદરતી પ્રણાલીઓમાં સપાટીની પ્રતિક્રિયાશીલતા અને નેનોપાર્ટિકલ્સની ગતિશીલતાને અસર કરે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સની સારી રીતે ઓળખાયેલી કદ-આધારિત ઘટનાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ નાના કદના જથ્થાબંધ (મેક્રોસ્કોપિક) કણોની તબક્કાવાર સ્થિરતા ઉલટાવી. સામાન્ય રીતે, નીચા તાપમાન (અને/અથવા નીચા દબાણ) પર ઓછો સ્થિર બલ્ક-તબક્કો બલ્ક-સ્થિર તબક્કા કરતાં વધુ સ્થિર બને છે કારણ કે કણોનું કદ ચોક્કસ નિર્ણાયક કદથી નીચે ઘટે છે. દાખલા તરીકે, બલ્ક એનાટેઝ (ટી. આઈ. ઓ. 2) બલ્ક રુટાઇલ (ટી. આઈ. ઓ. 2) ના સંદર્ભમાં મેટાસ્ટેબલ છે. જો કે, હવામાં, એનાટેઝ 14 એનએમથી નીચેના કણોના કદ પર રુટાઇલ કરતાં વધુ સ્થિર બને છે. તેવી જ રીતે, 1293 K ની નીચે, વુર્ટ્ઝાઇટ (ZnS) સ્ફેલેરાઇટ (ZnS) કરતા ઓછું સ્થિર છે. શૂન્યાવકાશમાં, વુર્ટ્ઝાઇટ સ્ફેલેરાઇટ કરતાં વધુ સ્થિર બને છે જ્યારે કણોનું કદ 300 K પર 7 nm કરતા ઓછું હોય છે. ખૂબ જ નાના કણ કદ પર, ZnS નેનોપાર્ટિકલ્સની સપાટી પર પાણીનો ઉમેરો નેનોપાર્ટિકલ માળખામાં ફેરફારને પ્રેરિત કરી શકે છે અને સપાટી-સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એકત્રીકરણ/વિભાજન પર ઉલટાવી શકાય તેવું માળખાકીય પરિવર્તન લાવી શકે છે. કદ આધારિત તબક્કાની સ્થિરતાના અન્ય ઉદાહરણોમાં Al2O3, ZrO2, C, CdS, BATiO3, Fe2O3, CR2O3, Mn2O3, Nb2O3, Y2O3 અને Au-Sb ની પ્રણાલીઓનો સમાવેશ થાય છે. તબક્કા પરિવર્તન ગતિશાસ્ત્ર કદ-આધારિત છે અને પરિવર્તન સામાન્ય રીતે નીચા તાપમાને (સેંકડો ડિગ્રીથી ઓછા) થાય છે. આવી પરિસ્થિતિઓમાં, તેમની ઉચ્ચ સક્રિયકરણ ઊર્જાને કારણે સપાટીના ન્યુક્લિએશન અને બલ્ક ન્યુક્લિએશનનો દર ઓછો હોય છે. આમ, તબક્કાનું પરિવર્તન મુખ્યત્વે ઇન્ટરફેસ ન્યુક્લિએશન દ્વારા થાય છે જે નેનોપાર્ટિકલ્સ વચ્ચેના સંપર્ક પર આધાર રાખે છે. પરિણામે, પરિવર્તન દર કણ સંખ્યા (કદ)-આધારિત છે અને તે ઢીલી રીતે ભરેલા નેનોપાર્ટિકલ્સની તુલનામાં ગીચ રીતે ભરેલા (અથવા અત્યંત સંકલિત) માં ઝડપથી આગળ વધે છે. જટિલ સહવર્તી તબક્કા પરિવર્તન અને કણોની ખરબચડી ઘણીવાર નેનોપાર્ટિકલ્સમાં થાય છે. નેનોપાર્ટિકલ્સ પર કદ આધારિત શોષણ અને નેનોમિનરલનું ઓક્સિડેશન. આ કદ-આધારિત ગુણધર્મો નેનોપાર્ટિકલ સ્થિરતા અને પ્રતિક્રિયાત્મકતામાં કણના કદના મહત્વને પ્રકાશિત કરે છે. સંદર્ભો વધુ વાંચન બાહ્ય કડીઓ નેનોજીયોસાયન્સ (એલિમેન્ટ્સ મેગેઝિન) નેનોજીયોસાયન્સ સંશોધન જૂથો પર વિશેષ અંકની સામગ્રીઓનું કોષ્ટક બર્કલે નેનોજીયોસાયન્સ ગ્રુપ યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા-બર્કલે વર્જિનિયા ટેક યુનિવર્સિટી ઓફ ફ્લોરિડા યુનિવર્સિટી ઓફ વિસ્કોન્સિન-મેડિસન યુનિવર્સિટી ઓફ મિનેસોટા યુનિવર્સિટી ઓફ કોપનહેગન યુનિવર્સિટી ઓફ વિયેના નેનોપાર્ટિકલ્સ અર્થ સાયન્સ