पदार्थ की नई अवस्था एक ठोस-तरल संकर है
सारांश
उल्म विश्वविद्यालय और नॉटिंघम विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने पदार्थ की एक नई अवस्था की खोज की है जो नैनोस्केल पर एक ठोस-तरल संकर है। यह सामग्री स्लश या जेल नहीं है, बल्कि एक नैनोपार्टिकल है जिसके विभिन्न भाग एक साथ विभिन्न अवस्थाओं में मौजूद हैं। उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन (एचआरटीई) माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने ग्राफीन पर प्लैटिनम, पैलेडियम और सोने के नैनोपार्टिकल्स का अवलोकन किया। उन्होंने पाया कि ग्राफीन नेटवर्क में अंतराल तक सीमित स्थिर धातु परमाणु तरल कोर को घेरते हैं, जिससे नैनोड्रोप्लेट को @@200-300 डिग्री सेल्सियस@@ पर तरल रहने की अनुमति मिलती है, जो बिना सीमित कणों के @@500 डिग्री सेल्सियस@@ क्रिस्टलीकरण बिंदु से काफी कम है। इस अव्यवस्थित ठोस का ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किए जाने वाले कार्बन पर प्लैटिनम जैसे विषम उत्प्रेरक को डिजाइन करने के लिए निहितार्थ है, जो संभावित रूप से गुच्छन को रोकता है और प्रभावशीलता बनाए रखता है।
पूर्ण विश्लेषण
Scientists from Ulm University and the University of Nottingham have discovered a new state of matter that is a solid-liquid hybrid at the nanoscale. This material isn't a slush or gel but a nanoparticle with different parts existing in different states simultaneously. Using high-resolution transmission electron (HRTE) microscopy, researchers observed platinum, palladium, and gold nanoparticles on graphene. They found that stationary metal atoms confined to gaps in the graphene network corralled the liquid core, allowing the nanodroplet to remain liquid at @@200-300°C@@, significantly lower than the @@500°C@@ crystallization point of unconfined particles. This disordered solid has implications for designing heterogeneous catalysts, such as platinum on carbon, used in fuel cells, potentially preventing clumping and maintaining effectiveness.
पृष्ठभूमि संदर्भ
The study of phase transitions and states of matter has a rich history, dating back to the classical observations of solids, liquids, and gases. Early investigations focused on macroscopic properties and thermodynamic principles. The development of quantum mechanics in the 20th century provided a deeper understanding of the atomic and molecular interactions governing these states. The concept of a 'fourth state of matter,' plasma, emerged from studies of ionized gases. More recently, research has expanded to explore exotic states like Bose-Einstein condensates and topological phases. The discovery of new materials and advanced characterization techniques, such as electron microscopy, has enabled scientists to probe matter at the nanoscale, revealing novel phenomena and challenging traditional classifications of matter.
वर्तमान विकास
Recent years have witnessed significant advancements in the synthesis and characterization of nanomaterials. Researchers are increasingly focused on creating materials with tailored properties by manipulating their size, shape, and composition at the nanoscale. The development of advanced microscopy techniques, such as aberration-corrected transmission electron microscopy, has enabled unprecedented visualization of atomic structures and dynamic processes in materials. There is growing interest in exploring hybrid materials that combine different components at the nanoscale to achieve synergistic functionalities. Future research is likely to focus on understanding the fundamental principles governing the behavior of matter at extreme conditions and developing new materials for applications in energy, catalysis, and electronics.
मुख्य तथ्य
- New state: Solid-liquid hybrid at nanoscale
- Metals: Platinum, palladium, gold on graphene
- Liquid at: @@200-300°C@@ (vs @@500°C@@)
- Technique: HRTE microscopy
अभ्यास MCQs
प्रश्न 1
पदार्थ की नव खोजी गई ठोस-तरल संकर अवस्था के संबंध में निम्नलिखित कथनों पर विचार करें:
1. इसमें नैनोपार्टिकल्स शामिल हैं जो एक साथ ठोस और तरल दोनों विशेषताओं को प्रदर्शित करते हैं।
2. नैनोपार्टिकल के भीतर तरल अवस्था को अनियंत्रित कणों के क्रिस्टलीकरण बिंदु की तुलना में काफी अधिक तापमान पर बनाए रखा जाता है।
3. ग्रेफीन धातु परमाणुओं को सीमित करने और तरल कोर को स्थिर करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
उपरोक्त कथनों में से कौन सा/से सही है/हैं?
- 1 and 2 only
- 1 and 3 only
- 2 and 3 only
- 1, 2 and 3
व्याख्या: Statements 1 and 3 are correct. The liquid state is maintained at temperatures *lower* than the crystallization point of unconfined particles, making statement 2 incorrect.
प्रश्न 2
विषम कटैलिसीस के संदर्भ में, खोजी गई ठोस-तरल संकर नैनोपार्टिकल्स का उपयोग करने का निम्नलिखित में से कौन सा संभावित लाभ है?
- Increased surface area due to the solid outer layer
- Enhanced catalytic activity due to the liquid core
- Prevention of nanoparticle aggregation and maintaining effectiveness
- Reduced cost of catalyst production
व्याख्या: The discovery suggests that these nanoparticles could prevent clumping (aggregation) of catalysts like platinum on carbon, maintaining their effectiveness over time.
प्रश्न 3
निम्नलिखित में से कौन सी तकनीक नैनोस्केल पर पदार्थ की ठोस-तरल संकर अवस्था को देखने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाती है?
- Atomic Force Microscopy (AFM)
- Scanning Tunneling Microscopy (STM)
- High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM)
- Optical Microscopy
व्याख्या: High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) is specifically mentioned in the summary as the technique used by the researchers.
मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न
प्रश्न 1
पदार्थ की नव खोजी गई ठोस-तरल संकर अवस्था के संभावित अनुप्रयोगों पर चर्चा करें, विशेष रूप से कटैलिसीस और ऊर्जा के क्षेत्र में। इन अनुप्रयोगों को साकार करने से पहले किन चुनौतियों का समाधान करने की आवश्यकता है?
पिछले वर्षों के प्रश्न
PYQ 1 - UPSC Prelims 2024 2024
नए खोजे गए पदार्थ की ठोस-तरल संकर अवस्था के संबंध में निम्नलिखित में से कौन सा/से कथन सही है/हैं?
1. यह केवल घटक धातु के क्रिस्टलीकरण बिंदु से ऊपर के तापमान पर मौजूद है।
2. इस अवस्था को देखने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन (HRTE) माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया गया था।
3. तरल कोर को ग्राफीन नेटवर्क के भीतर स्थिर धातु परमाणुओं द्वारा सीमित किया जाता है।
- (a) 1 only
- (b) 2 and 3 only
- (c) 1 and 3 only
- (d) 1, 2 and 3
व्याख्या: Statement 1 is incorrect. The hybrid state exists at temperatures *below* the crystallization point of unconfined particles. Statements 2 and 3 are correct based on the provided information.
PYQ 2 - UPSC Mains 2024 2024
पदार्थ की नई खोजी गई ठोस-तरल संकर अवस्था के संभावित अनुप्रयोगों पर चर्चा करें, विशेष रूप से विषम उत्प्रेरण के संदर्भ में। इसके कार्यान्वयन से जुड़े संभावित लाभ और चुनौतियाँ क्या हैं?
PYQ 3 - SSC CGL 2023 2023
वैज्ञानिकों द्वारा नैनोस्केल पर पदार्थ की ठोस-तरल संकर अवस्था को देखने के लिए किस तकनीक का उपयोग किया गया था?
- (a) Atomic Force Microscopy (AFM)
- (b) Scanning Tunneling Microscopy (STM)
- (c) High-Resolution Transmission Electron (HRTE) Microscopy
- (d) Optical Microscopy
व्याख्या: High-Resolution Transmission Electron (HRTE) Microscopy was used to observe the solid-liquid hybrid state.
PYQ 4 - SSC CHSL 2023 2023
नई खोजी गई पदार्थ की ठोस-तरल संकर अवस्था में ग्राफीन पर निम्नलिखित में से कौन सी धातुएँ शामिल हैं?
- (a) Iron, Nickel, Copper
- (b) Platinum, Palladium, Gold
- (c) Silver, Aluminum, Zinc
- (d) Lead, Tin, Cadmium
व्याख्या: The metals involved are Platinum, Palladium, and Gold on graphene.
PYQ 5 - IBPS PO 2023 2023
पदार्थ की ठोस-तरल संकर अवस्था की खोज संभावित रूप से निम्नलिखित में से किस उद्योग को सबसे अधिक प्रभावित कर सकती है?
- (a) Banking and Finance
- (b) Healthcare and Pharmaceuticals
- (c) Energy and Chemical Engineering
- (d) Information Technology
व्याख्या: The discovery has significant implications for heterogeneous catalysis, which is crucial in the energy and chemical engineering industries.
PYQ 6 - SBI PO 2023 2023
विषम उत्प्रेरक के लिए ठोस-तरल संकर अवस्था महत्वपूर्ण होने का प्राथमिक कारण क्या है?
- (a) It increases the cost of catalyst production.
- (b) It prevents clumping of metal nanoparticles.
- (c) It reduces the surface area of the catalyst.
- (d) It requires higher operating temperatures.
व्याख्या: The hybrid state prevents clumping, which maintains the effectiveness of the catalyst.
PYQ 7 - CDS 2023 2023
उल्म विश्वविद्यालय और नॉटिंघम विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा खोजी गई पदार्थ की अवस्था का सबसे अच्छा वर्णन निम्नलिखित में से कौन सा है?
- (a) A new type of gas
- (b) A form of plasma
- (c) A superfluid
- (d) A solid-liquid hybrid at the nanoscale
व्याख्या: The discovered state is a solid-liquid hybrid at the nanoscale.
PYQ 8 - CDS 2023 2023
पदार्थ की नई खोजी गई अवस्था में तरल कोर का कारावास किसके द्वारा प्राप्त किया जाता है:
- (a) Magnetic fields
- (b) Electric fields
- (c) Stationary metal atoms confined to gaps in the graphene network
- (d) High pressure
व्याख्या: The liquid core is confined by stationary metal atoms within a graphene network.