प्रा. सुब्रमण्यम चंद्रमौली यांना २०२१ सालचे प्रतिष्ठित स्वर्णजयंती सन्मान्य सदस्यत्व प्राप्त

^{प्रा. सुब्रमण्यम चंद्रमौली, स्वर्णजयंती सन्मान्य सदस्यत्व २०२०-२१ चे मानकरी}

भारताला स्वातंत्र्यप्राप्ती होऊन पन्नास वर्ष पूर्ण झाली या घटनेच्या स्मरणार्थ विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभाग, भारत सरकारने स्वर्णजयंती सन्मान्य सदस्यत्व योजना सुरू केली आहे. दरवर्षी, जीवशास्त्र, रसायनशास्त्र, पर्यावरण विज्ञान, अभियांत्रिकी, गणित, वैद्यकशास्त्र आणि भौतिकशास्त्र या विषयात सातत्याने उत्कृष्ट संशोधन कार्य करणाऱ्या काही तरुण शास्त्रज्ञांना हे सदस्यत्व दिले जाते. ही निवड प्रक्रिया अत्यंत काटेकोरपणे आखलेल्या त्रिस्तरीय परीक्षणाद्वारे पार पडते.

या सन्मान्य सदस्यत्वाअंतर्गत भरपूर संशोधन अनुदान तसेच पाच वर्षांसाठी मासिक रु. २५००० /- इतके विद्यावेतनदेखील मिळते.

२०२०-२१ साली रासायनिक विज्ञान क्षेत्रातील तीन संशोधकांना हे सदस्यत्व देऊन गौरवण्यात आले. त्यातील भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबईच्या रसायनशास्त्र विभागातील सहयोगी प्राध्यापक सुब्रमण्यम चंद्रमौली हे एक मान्यवर ठरले.

प्रा. चंद्रमौली हे अतिसूक्ष्म कार्बन अपरूपे - कार्बन नॅनोट्युब्स (CNTs), ग्राफीन आणि त्यांच्याशी संबंधित अतिसूक्ष्म स्वरूपातील संमिश्र कार्बनरूपे जसे की नायट्रोजन तथा बोरॉन-मिश्रित कार्बन नॅनोट्यूब (CNTs) आणि ग्राफीनची संरचना व गुणधर्म यांचा परस्परसंबंध समजून घेण्याच्या कार्याचे नेतृत्व करत आहेत. त्यांचे मूलभूत संशोधन उपयोगाधीष्ठीत असून त्यामाध्यमातून ते विविध अतिसूक्ष्मपदार्थांच्या विद्युत आणि औष्णिक वहनाच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करतात. तसेच याद्वारे ऊर्जा रूपांतरण आणि साठवण या क्षेत्रात उपयोगी ठरणारे अनुप्रयोग विकसित करण्याचाही ते प्रयत्न करत आहेत. याच संदर्भात, त्यांना स्वर्णजयंती सन्मान्य सदस्यत्व मिळवून देणाऱ्या त्यांच्या संशोधन प्रस्तावाचा उद्देश विविध व्यावहारिक उपयोगांसाठी सौरऊर्जेपासून ‘हरित औष्णिक उर्जा’ निर्माण करणे हा आहे.

भारताला मुबलक सूर्यप्रकाशाची निसर्गदत्त देणगी आहे. अगदी सियाचीन आणि लडाखसारख्या बर्फाळ डोंगरी प्रदेशातही भरपूर सूर्यप्रकाश असतो. याच विपुल सौर ऊर्जेसारख्या अक्षय ऊर्जा स्रोतांचा वापर  अधिकाधिक व्हावा यासाठी आपले सरकार मोठ्या प्रमाणावर मोहीम राबवत आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पोहोचणाऱ्या सूर्यप्रकाशातील सुमारे ४७% ऊर्जा ही प्रकाशाच्या विद्युत चुंबकीय वर्णपटातील (इलेक्ट्रो-मॅग्नेटिक स्पेक्ट्रम) अवरक्त (इन्फ्रारेड) भागातील असते. बहुतेक सौरपत्रांची क्षमता मात्र अतिनील (अल्ट्राव्हायोलेट) आणि काही प्रमाणात दृश्य (व्हिजिबल) प्रकाशातील ऊर्जा शोषून घेण्याइतकीच असते. ज्याचे रूपांतर पुढे विद्युत उर्जेमध्ये होते. तथापि, औष्णिक उर्जेचे प्रामुख्याने वहन करणारा अवरक्त भाग वापराअभावी वाया जातो. प्रकाश ऊर्जेचा हा महाप्रचंड साठा कौशल्याने अधिकाधिक वापरात आणणे हे आव्हान डॉ. सुब्रमण्यम यांच्या संशोधन प्रकल्प संकल्पनेचा मूलाधार बनले.

प्राध्यापक सुब्रमण्यम म्हणतात, “‘प्रकाश ऊर्जेचे रुपांतर औष्णिक ऊर्जेमध्ये होऊ शकते का?’ या प्रश्नाचे उत्तर आम्ही शोधत होतो. कारण जर असे झाले तर आपण प्रत्यक्षात हरित ऊर्जा - म्हणजेच कोणतेही जीवाश्म इंधन न जाळता उष्णता निर्माण करु शकू. त्याचबरोबर, या प्रयोगातील खरी मेख म्हणजे या प्रकारचे प्रकाश ते औष्णिक ऊर्जा रूपांतरण पूर्णपणे शाश्वत असणे.”

हे आव्हान पेलण्यासाठी प्रा. सुब्रमण्यम आणि त्यांच्या संघाने  सूर्यकिरणांच्या विद्युत चुंबकीय वर्णपटातील सर्व भागांचे संपूर्ण शोषण करू शकतील अशा पृष्ठभागांवर (उदा. तांबे, कागद, प्लास्टिक) कार्बनची अतिसूक्ष्म संरचना (कार्बन नॅनोस्ट्रक्चर्स) असलेल्या लेपाचा वापर केला. कार्बनच्या अतिसूक्ष्म संरचनेचा आकार एखाद्या शंकूसारखा असतो. हे शंकू एकमेकावर गुंडाळले गेल्यावर एखाद्या फुलाप्रमाणे त्यांची जडणघडण होते. या शंकूमध्ये प्रकाशाचा प्रवेश झाला  की तो त्यातून बाहेर पडू शकत नाही. आणि मग प्रकाशाचे आतल्याआत अनेकवेळा परावर्तन होते आणि त्याद्वारे प्रकाश बाहेर फेकला जाण्याऐवजी शंकूच्या तळाकडे घरंगळत जातो. अशा प्रकारे चपखल रसायनशास्त्र आणि सुयोग्य संरचनेच्या संयोजनामुळे या संरचनांद्वारे सौर प्रकाशाचे उच्च शोषण प्रत्यक्षरीत्या साधता येते.

तसेच, उच्च शोषण क्षमता सुनिश्चित करणारा कृष्णातीकृष्ण कार्बन मिळवण्यासाठी सामग्रीचे सुयोग्य संयोजन केलेले आहे.

“वरील संरचनेद्वारे सूर्यकिरणांचे सुमारे ९८% इतके जास्त शोषण निश्चितरूपाने होते. याशिवाय, फुलासारख्या घडणीमुळे या संरचनेच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते, ज्यामुळे प्रकाश व पदार्थांच्या परस्परसंवादासाठी अधिक संमेलक पृष्ठभाग मिळतो. उदाहरणार्थ, एक ग्रॅम अतिसूक्ष्म संरचनेचे  क्षेत्रफळ अंदाजे चार टेनिस कोर्ट इतके असते,” असे डॉ. सुब्रमण्यम यांनी सांगितले. शिवाय, अतिसूक्ष्म साहित्य गुळगुळीत पिठाच्या स्वरूपात असल्यामुळे ते एखाद्या द्रवरूप पदार्थात सहजपणे मिसळून बाजारात उपलब्ध असणाऱ्या फवारणी यंत्राद्वारे पृष्ठभागावर फवारलेही जाऊ शकते. सर्वसामान्य परिस्थितीत हा लेप सुमारे चार महिने टिकतो, असे ते पुढे म्हणाले.

या अतिसूक्ष्मसंरचनेद्वारे झालेल्या प्रकाश शोषणामुळे तीव्र उष्णता निर्माण होते. प्रयोगशाळास्तरावरील  प्रयोगांतून असे दिसून आले आहे की जेव्हा हे नमुने सूर्यप्रकाशात ठेवले गेले तेव्हा पृष्ठभागाचे तापमान तात्काळ १६० अंश सेल्सिअसपर्यंत वाढले.

निर्माण झालेल्या औष्णिक उर्जेचा पाण्याची वाफ करण्यासाठी उपयोग केला जाईल.. ऊर्ध्वपातन पद्धतीने क्षारयुक्त पाण्याचे शुद्धीकरण करण्यासाठी या उष्ण वाफेचा उपयोग करून पिण्यायोग्य पाणी मिळवता येईल, तसेच बर्फाळ प्रदेशात माणसांच्या वसतीस्थानी हवा गरम करण्यासाठी शिवाय उष्णतेची गरज असणाऱ्या इतर ठिकाणी या तंत्रज्ञानाचा उपयोग करता येऊ शकेल.

प्राध्यापक म्हणाले, "आमचे संशोधन टेक्नॉलॉजी रेडिनेस लेव्हल ३ या टप्प्यावर आहे, म्हणजेच प्रयोगशाळास्तरावर काम करू शकणारी प्रतिकृती आमच्याकडे तयार आहे. आम्ही वास्तविक परिस्थितींमध्ये निरनिराळ्या चाचण्या करून तिची क्षमता पडताळली आहे." प्रयोगादाखल पोर्सेलीन किंवा तांब्याच्या पृष्ठभागावर कार्बनच्या अतिसूक्ष्म संरचनेचा लेप देऊन त्यांचे नमुने सूर्यप्रकाशात ठेवले होते. तेव्हा त्यांचे तापमान तात्काळ १४५ डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढले, म्हणजेच हे पृष्ठभाग उत्तमरीत्या प्रकाशाचे शोषण करू शकतात. स्वर्णजयंती सदस्यत्वातून मिळणाऱ्या विद्या अनुदानाचा वापर करून  त्यांना अशा संरचनांमध्ये प्रकाश व पदार्थांच्या परस्परसंवादामागील मुलभूत भौतिकशास्त्राचा अभ्यास करता येईल. तसेच अशा रचनांद्वारे प्रकाश उर्जेचे रूपांतर औष्णिक उर्जेमध्ये करण्याच्या अनेकविध मार्गांचा शोधसुद्धा घेता येईल. भविष्यात, या प्रयोगांचे मुल्यावधारण करून त्यांची उष्णतेची गरज असणाऱ्या अनेक व्यावहारिक उपयोगांसाठी सुद्धा चाचणी घेता येईल. उदाहरणार्थ, पाणी तापवणे  इत्यादी. प्रा. सुब्रमण्यम पुढे म्हणाले, “नजीकच्या भविष्यकाळात आम्ही स्पेस-हीटिंग मॉड्यूलची नमुना प्रतिकृती उंच पर्वतराजींच्या प्रदेशांमध्ये स्थापित करण्यासाठी सज्ज करू.”

त्यांचा संघ सध्या मायक्रोस्केल प्रकाशचक्क्या विकसित करत आहे, ज्यात कार्बनच्या अतिसूक्ष्म संरचनेचा लेप दिलेली छोटी छोटी पाती असतील. प्रकाश चक्की म्हणजे पवनचक्कीचे लघुरूप असलेली छोटी उपकरणे. या उपकरणांमध्ये प्रकाशसंचालित यांत्रिक हालचालींद्वारे ऊर्जा निर्माण करता येते. अशा उपकरणांचा सुक्ष्मद्रवपदार्थांमध्ये तसेच इतर जैविक प्रयोगांसाठी (उदा. बारीक झडपांमधून द्रवपदार्थ सोडण्यासाठी) उपयोग केला जाऊ शकतो.