نینو میٹریل اپنی منفرد فزیوکیمیکل خصوصیات کی وجہ سے تحقیق کا ایک مرکزی نقطہ بن گئے ہیں۔ تاہم، تیاری کے دوران نینو پارٹیکلز جمع ہونے کا بہت زیادہ شکار ہوتے ہیں۔ اس سے سطح کے مخصوص رقبے میں کمی اور ناقص پھیلاؤ کا باعث بنتا ہے، جس سے کیٹالیسس اور سینسنگ جیسی ایپلی کیشنز میں کارکردگی پر شدید سمجھوتہ ہوتا ہے۔ خشک کرنے کے روایتی طریقے-جیسے اوون کو خشک کرنا یا روٹری بخارات بنانا-اکثر زیادہ درجہ حرارت یا کیپلیری قوتوں کی وجہ سے ذرات کے جمع ہونے کو بڑھا دیتے ہیں۔ لیبارٹری عمودی منجمد-ڈرائیر ایک منفرد کم درجہ حرارت، ویکیوم ماحول کو استعمال کرکے اس چیلنج کا ایک مؤثر حل پیش کرتے ہیں۔
خشک ہونے کے دوران نینو پارٹیکل کا مجموعہ بنیادی طور پر مائع پل کی قوتوں اور سطحی توانائی سے چلتا ہے۔ جیسے جیسے پانی معطلی سے بخارات بنتا ہے، ایک خمیدہ گیس-مائع انٹرفیس بنتی ہے، جو مضبوط کیپلیری قوتیں پیدا کرتی ہے جو ملحقہ ذرات کو سکیڑتی اور باندھتی ہے۔ اس کے ساتھ ہی، سالوینٹ تحفظ سے محروم ذرات اپنی اونچی سطح کی توانائی سے چلنے والے نظام کی توانائی کو کم کرنے کے لیے بے ساختہ جمع ہو جاتے ہیں۔ روایتی تھرمل خشک کرنے والے عمل ان میکانزم کو تیز کرتے ہیں۔
عمودی منجمد-ڈرائیرز تین-مرحلہ بنیادی عمل کے ذریعے جمع ہونے کو روکتے ہیں:
نمونے سے پہلے-علاج کے مرحلے کے دوران تیزی سے منجمد کرنے والی ٹیکنالوجی کا استعمال کیا جاتا ہے۔ مائع نائٹروجن یا ایک کرائیوجینک ٹریپ نینو پارٹیکل سسپنشن کو ملی سیکنڈ کے اندر مضبوط کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جس سے برف کے چھوٹے کرسٹل بنتے ہیں۔ یہ وٹریفیکیشن-جیسے جمنا مؤثر طریقے سے ذرات کو متحرک کرتا ہے، برف کے کرسٹل کی نشوونما اور پھیلاؤ کی وجہ سے دوبارہ ترتیب اور جمع ہونے کو روکتا ہے۔
ویکیوم سبلیمیشن خشک کرنے کا مرحلہ اہم ہے۔ ٹرپل پوائنٹ کے نیچے دباؤ کے حالات میں، برف کے کرسٹل براہ راست پانی کے بخارات میں شاندار ہوتے ہیں۔ چونکہ ٹھوس-سے-گیس کی منتقلی مائع پانی کے مرحلے کو نظرانداز کرتی ہے، اس لیے مائع-فیز سطح کے تناؤ کے نتیجے میں کیپلیری قوتیں ختم ہوجاتی ہیں۔ عمودی ساختی ڈیزائن کولڈ ٹریپ اور سیمپل چیمبر کی مقامی ترتیب کو بہتر بناتا ہے، ایک عمودی درجہ حرارت کا میلان بناتا ہے جو پانی کے بخارات کی کولڈ ٹریپ کی طرف موثر منتقلی کی سہولت فراہم کرتا ہے، اس طرح بخارات کے بیک فلو کی وجہ سے مقامی مائیکرو-ماحولیاتی اتار چڑھاو کو کم سے کم کرتا ہے۔
تدریجی درجہ حرارت پر قابو پانے کا پروگرام پوسٹ-علاج کے مرحلے کے دوران لاگو کیا جاتا ہے۔ خشک کرنے کے عمل کے اختتام پر ایک ملٹی-اسٹیج ہیٹنگ پروفائل کا اطلاق ہوتا ہے، جس سے نمونہ کا درجہ حرارت -60 ڈگری سے کمرے کے درجہ حرارت تک آہستہ آہستہ بڑھتا ہے۔ یہ نرم تھرمل علاج بتدریج جذب شدہ پانی کو ہٹاتا ہے، اچانک درجہ حرارت کی تبدیلیوں سے تھرمل تناؤ کی وجہ سے ذرات کے تصادم اور جمع ہونے کو روکتا ہے۔ سازوسامان کا انتخاب کرتے وقت، تین پیرامیٹرز پر توجہ کی ضرورت ہوتی ہے: پانی کی موثر گرفت کو یقینی بنانے کے لیے کولڈ ٹریپ کا درجہ حرارت -86 ڈگری سے کم ہونا چاہیے۔ ویکیوم سسٹم کو 10 Pa سے کم آپریٹنگ پریشر برقرار رکھنا چاہیے۔ اور نمونہ ریک مثالی طور پر بہترین تھرمل چالکتا کے ساتھ ملٹی لیئر ایلومینیم ٹرے پر مشتمل ہونا چاہیے۔ آپریشنل رہنما خطوط میں شامل ہیں: 0.5% اور 2% کے درمیان معطلی کی حراستی کو برقرار رکھنا؛ کریوپروٹیکنٹ کے طور پر 5% ٹریہلوز شامل کرنا؛ اور نمونے کی موٹائی پر منحصر ہے، منجمد خشک کرنے والی سائیکل کا دورانیہ 24 اور 72 گھنٹے کے درمیان مقرر کرنا۔
اس ٹیکنالوجی کو سیریم آکسائیڈ نانوزیمز کی تیاری میں کامیابی سے لاگو کیا گیا ہے۔ تقابلی تجربات نے یہ ثابت کیا کہ عمودی منجمد کے ذریعے پروسیس کیے گئے نمونوں نے-خشک کرنے سے BET مخصوص سطح کا رقبہ 120 m²/g-تندر کے خشک نمونوں سے تقریباً تین گنا- حاصل کیا۔ ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی (TEM) نے 8 nm کے مستحکم اوسط ذرہ سائز کے ساتھ ایک monodisperse پارٹیکل سٹیٹ کی تصدیق کی، جبکہ کنٹرول گروپ نے اہم مجموعے کی نمائش کی، جس میں بہت سے مجموعی سائز 50 nm سے زیادہ تھے۔
جسمانی عمل کے کنٹرول کو استعمال کرتے ہوئے، لیبارٹری عمودی منجمد-ڈرائر بنیادی طور پر ان عوامل کو ختم کرتا ہے جو خشک کرنے کے روایتی طریقوں میں جمع ہونے کو متحرک کرتے ہیں۔ نینوڈرگ کیریئرز اور کوانٹم ڈاٹ ترکیب جیسے شعبوں میں اس کا اطلاق اعلی کارکردگی اور عملی افادیت کی طرف نینو میٹریلز کی ترقی کو آگے بڑھاتا رہے گا۔ عین مطابق منجمد-خشک کرنے کے عمل میں مہارت حاصل کرنا نینو میٹریلز کی بڑے-پیداوار میں رکاوٹوں پر قابو پانے کی کلید ثابت ہوگا۔
