বৃষ্টির ফোঁটা থেকে বিদ্যুৎ তৈরির যন্ত্র আবিষ্কার করেছেন ভারতের বিজ্ঞানীরা

বৃষ্টির ফোঁটা থেকে বিদ্যুৎ তৈরি কি সম্ভব? হ্যাঁ, এক অভিনব যন্ত্র উদ্ভাবন করে ঠিক এই কাজটাই করে দেখিয়েছেন IIT DELHI এর একদল গবেষক। সেখানের পদার্থবিদ্যার অধ্যাপক নীরজ খারে এবং তার সহযোগীরা মিলে ন্যানোস্কেল রিসার্চ ফেসিলিটি তে বানিয়ে ফেলেছেন এক ন্যানো জেনারেটর, যা বৃষ্টির ফোঁটা, সমুদ্রের ঢেউ থেকে বিদ্যুৎ তৈরি করে দেবে ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট কে কাজে লাগিয়ে। তাদের এই উদ্ভাবন প্রকাশিত হয়েছে Advanced Materials Interfaces জার্নালে।

ধরুন শীতকালে ভেজা বা তেলমাখা নয় এমন অবস্থায় বেশ কিছুক্ষণ চুল আঁচড়ালেন। এবার যখন সেই চিরুনিটা কিছু কাগজের ছেঁড়া টুকরোর কাছে নিয়ে গেলেন, দেখলেন কাগজের টুকরোগুলোকে আকর্ষণ করার জন্য সেগুলো চিরুনির গায়ে এসে লেগে যাচ্ছে আপনি সেগুলোকে চিরুনি দিয়ে স্পর্শ করার আগেই, কিংবা একই ঘটনা চুলের কাছে আবার নিয়ে গেলেও লক্ষ্য করবেন। আবার ঊলের জিনিস যেমন সোয়েটার বা কম্বল শরীরের সঙ্গে বেশ কিছুক্ষণ লেগে থাকার পর স্পার্কিং হয় এবং হালকা বিদ্যুতের ঝলকানি যে দেখা যায়, এটাও ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট এর জন্যেই। অর্থাৎ যেকোন অসামঞ্জস্যপূর্ণ ভিন্নধর্মী দুইটি পদার্থের ঘর্ষণের ফলে যে বিদ্যুৎ তৈরি হয় সেই ঘটনাকেই বলা হয় ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট।

এই ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট ঘটার পিছনের কারণ সম্বন্ধে আজও বিজ্ঞানীরা কোনও প্রামাণ্য সর্বজনবিদিত ব্যাখ্যা দিতে পারেনি। এখনও অবধি সবচেয়ে বেশি গ্রহণযোগ্য মতবাদটি হলো, দুটি ভিন্নধর্মী অসামঞ্জস্যপূর্ণ পদার্থের ঘর্ষণের ফলে তাদের স্পর্শতলের কাছের অঞ্চলে ইলেকট্রন আদান প্রদানের ফলে এক বন্ধনের সৃষ্টি হয়। একটি পদার্থ থেকে অপরটিতে ইলেকট্রন যাওয়ার ফলে সেখানে আধানের তারতম্য তৈরি হয়। এবার যখন সেই পদার্থ দুটিকে সরিয়ে নেওয়া হয়, তখন কিছু পদার্থে পেয়ে যাওয়া ইলেকট্রন রেখে দেওয়ার একটা প্রবণতা লক্ষ্য করা যায় এবং কিছু পদার্থে উল্টোটা অর্থাৎ ছেড়ে দেওয়া ইলেকট্রন ফিরিয়ে না নেওয়ার প্রবণতা লক্ষ্য করা যায়। এই প্রবণতা কেই বলা হয় ট্রিবোইলেকট্রিক এফেক্ট। এবার যখন পুনরায় ওই দুটি পদার্থকে কাছে নিয়ে আসা হয়, তখন বেশি ইলেকট্রন যুক্ত পদার্থ এবং কম ইলেকট্রন যুক্ত পদার্থের মাঝে আধান পার্থক্যের জন্য একপ্রকার আকর্ষণের সৃষ্টি হয় যা আমরা অনেকসময় স্ফুলিঙ্গের আকারেও দেখে থাকি। তৈরি হওয়া আধানের পরিমাণ নির্ভর করে বেশ কয়েকটি বিষয়ের ওপর, যেমন উষ্ণতা, স্পর্শতলের অমসৃণতা, পদার্থদুটির ধর্ম, ঘর্ষণের জন্য প্রযুক্ত বল, ইত্যাদির ওপর। বিদ্যুৎ পরিবাহী পদার্থের তুলনায় অপরিবাহী পদার্থের ক্ষেত্রে ট্রিবোইলেকট্রিক এফেক্ট দ্বারা অনেক বেশি আধান তৈরি হয়। সুইডিশ পদার্থবিজ্ঞানী জন কার্ল উইক 1757 সালে প্রথম বিভিন্ন পদার্থের ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট সম্পর্কে একটি দীর্ঘ তালিকা প্রকাশ করেন।

ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট কাজে লাগিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত যন্ত্রটির নাম ট্রিবোইলেকট্রিক ন্যানোজেনারেটর বা সংক্ষেপে TENG। প্রথম আবিষ্কার করেন বিজ্ঞানী Wang Zhonglin এবং তাঁর সহকারী দল 2012 সালে। তাঁর তৈরি জেনারেটর মূলত আঙ্গুলের স্পর্শের দ্বারা বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য তৈরি হয়েছিল। এরপর থেকে এই নিয়ে বহু পরীক্ষা নিরীক্ষা চলেছে। এই যন্ত্রটিতে সাধারণত চারটি লেয়ার থাকে, যথাক্রমে: চার্জ জেনারেটিং লেয়ার যেটি ঘর্ষণের দ্বারা চার্জ উৎপাদন করে থাকে, চার্জ ট্র্যাপিং লেয়ার, চার্জ কালেটিং লেয়ার এবং চার্জ স্টোরেজ লেয়ার। এর মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হলো চার্জ জেনারেটিং লেয়ার। এই লেয়ারের কাজ হলো স্পর্শতলের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি করা, উভয় তলের মধ্যে অমসৃণতা বৃদ্ধি করা, সর্বোপরি উৎপাদিত আধানের পরিমাণ বাড়ানো।

IIT DELHI তে তৈরি জেনারেটর টির নাম হলো Liquid Solid Interface Triboelectric Generator অর্থাৎ বৃষ্টির বা সমুদ্রের জলের পৃষ্ঠতলের সঙ্গে কঠিন পৃষ্ঠের ঘর্ষণের দ্বারা তৈরি ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট কে কাজে লাগানো হয়েছে।

বাস্তব জীবনে এই ট্রিবোইলেকট্রিক ইফেক্ট এর প্রভাব নিয়ে আলোচনা করা যাক; যেমন জ্বালানি ভর্তি ট্যাংকার এর ভেতরে তরল জ্বালানির সঙ্গে ধাতব পৃষ্ঠের ঘর্ষণের ফলে তৈরি আধানের জন্য বিস্ফোরণ ঘটে যেতে পারে, সেজন্য সেই ঘর্ষণ প্রতিহত করতে বড়ো ট্যাংকারের ভেতরে ছোট ছোট চেম্বার করা হয়, এরোপ্লেন এর বায়ুমণ্ডলের মধ্যে দিয়ে চলার ফলে অতিরিক্ত গতিবেগের কারণে যে ঘর্ষণের সৃষ্টি হয় এবং আধান তৈরি হয় জন্য স্ট্যাটিক ডিসচার্জার ব্যবহার করা হয় যা প্লেনে তৈরি আধান পুনরায় বায়ুমণ্ডলে ফিরিয়ে দেয়। ইলেকট্রনিক জিনিসপত্র পরিবাহী ফোম দ্বারা আচ্ছাদিত করা থাকে এবং গ্রাউন্ডেড করা থাকে এই অতিরিক্ত আধানের দ্বারা কার্যকারীতা হারানোর থেকে বাঁচানোর জন্য।

এখনও অবধি আবিষ্কৃত ন্যানোজেনারেটর গুলির ক্ষমতা খুবই সীমিত অর্থাৎ কয়েক মিলি ওয়াট পর্যন্ত বিদ্যুৎ তৈরি করা সম্ভব যা দিয়ে ছোটখাটো কাজ যেমন ঘড়ি, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি প্রেরক, চিকিৎসা ক্ষেত্রে ব্যবহৃত সেন্সর সমুহ বা ওই ধরনের সেন্সর সমূহের কাজ চালানোর মতো বিদ্যুৎ উৎপাদন সম্ভব। এর ওপরে গবেষণা জারি রয়েছে এবং খুব শীঘ্রই হয়তো আমরা অপ্রচলিত দূষণমুক্ত শক্তির উৎস হিসেবে এই TENG এর ব্যবহার আমরা বিপুলভাবে দেখতে পাব।

গবেষণাপত্র: KPFM Study of Flexible Ferroelectric Polymer/Water Interface for Understanding the Working Principle of Liquid–Solid Triboelectric Nanogenerator, Advanced Materials Interfaces (2021)

DOI: 10.1002/admi.202100032