नैनोसेल्यूलोज पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला बायोमास संसाधन है। इसमें आसानी से विघटित होने, नवीकरणीय, गैर विषैले, सस्ते और आसानी से प्राप्त होने के फायदे हैं, और उम्मीद है कि यह पारंपरिक पेट्रोकेमिकल संसाधनों की जगह लेगा और उच्च मूल्य वर्धित विभिन्न उन्नत कार्यात्मक सामग्रियों का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा। नैनोसेल्यूलोज की तैयारी विधि और स्रोत के अनुसार, नैनोसेल्यूलोज को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: सेल्यूलोज नैनोक्रिस्टलाइन (सीएनसी), सेल्यूलोज नैनोसेल्यूलोज (सीएनएफ) और बैक्टीरियल सेल्यूलोज (बीसी)।

चित्र 1. नैनोसेल्युलोज के स्रोत, सूक्ष्म संरचना और संभावित अनुप्रयोग

चिरल फोटोनिक्स के लिए नैनोसेल्युलोज कार्यात्मक सामग्री

चिरलिटी प्रकृति में सर्वव्यापी है और जीवन विज्ञान और भौतिक विज्ञान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। सीएनसी एक नैनोमीटर चिरल फोटोनिक क्रिस्टल सामग्री है। सीएनसी की चिरल नेमेटिक लिक्विड क्रिस्टल चरण संरचना का उपयोग न केवल उच्च यांत्रिक गुणों और विशेष ऑप्टिकल गुणों के साथ कार्यात्मक फिल्म सामग्री तैयार करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि नैनोकणों को चिरल संरचना के साथ कार्यात्मक सामग्री बनाने के लिए प्रेरित करने के लिए एक प्रकार के कच्चे नरम टेम्पलेट के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। इसलिए, चिरल कटैलिसीस, चिरल मेटामटेरियल, ध्रुवीकरण एन्क्रिप्शन और बायोसेंसिंग का महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है।

चित्र 2. चिरल फोटोनिक्स में नैनोसेल्यूलोज कार्यात्मक सामग्रियों का अनुप्रयोग

सॉफ्टवेयर ड्राइवरों के लिए नैनोसेल्यूलोज कार्यात्मक सामग्री

हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने विभिन्न सिंथेटिक पॉलिमर, जैसे कि विशिष्ट हाइड्रोजेल, लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर्स और शेप मेमोरी पॉलिमर से प्राप्त नरम सामग्री पर आधारित कई प्रकार के बायोमिमेटिक इंटेलिजेंट एक्ट्यूएटर्स को सरलता से डिज़ाइन किया है, ताकि जीवित जीवों के ड्राइविंग व्यवहार की नकल की जा सके या उससे भी आगे बढ़ा जा सके। हालाँकि, ये पारंपरिक पॉलिमर-आधारित सामग्री आमतौर पर जटिल प्रक्रियाओं के माध्यम से संश्लेषित की जाती हैं, महंगी होती हैं और उन्हें विघटित या रीसायकल करना मुश्किल होता है, जिससे पर्यावरण पर एक निश्चित बोझ पड़ सकता है। यह ध्यान देने योग्य है कि नैनोसेल्यूलोज पर आधारित बायोमिमेटिक सॉफ़्टवेयर ड्राइवर अपने बेहतर यांत्रिक लचीलेपन, उच्च नमी अवशोषण क्षमता, स्थिरता या पर्यावरण-मित्रता, पुन: प्रयोज्य या बायोडिग्रेडेबल और बायोकम्पैटिबिलिटी के कारण अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित कर रहे हैं।

ऊर्जा भंडारण के लिए नैनोसेल्यूलोज कार्यात्मक सामग्री

चित्र 3. सॉफ्टवेयर ड्राइवर क्षेत्र में नैनोसेल्यूलोज आधारित कार्यात्मक सामग्रियों का अनुप्रयोग

नैनोसेल्यूलोज में एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र, उत्कृष्ट यांत्रिक लचीलापन, अच्छा रासायनिक स्थिरता और पर्यावरण मित्रता है, और फाइबर एक दूसरे के साथ जुड़े हुए हैं। आयन और इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाना आसान है। हाइड्रोक्सिल समूह और कार्बोक्सिल समूह जैसे हाइड्रोफिलिक कार्यात्मक समूह फाइबर की सतह पर जुड़े होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रोलाइट समाधान में अच्छी नमी बनाए रखने की क्षमता होती है, जिससे व्युत्पन्न कार्यात्मक सामग्री में ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग संभावना होती है। नैनोसेल्यूलोज आधारित कार्यात्मक सामग्री का उपयोग न केवल ऊर्जा भंडारण उपकरणों के विभिन्न घटकों, जैसे कि डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट, चिपकने वाला और वाहक के रूप में किया जा सकता है। साथ ही, उच्च तापमान कार्बनीकरण, इन-सीटू रासायनिक पोलीमराइजेशन और इलेक्ट्रोकेमिकल जमाव रणनीतियों का उपयोग इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्रियों के साथ संयोजन करने के लिए किया जा सकता है ताकि महीन नैनोस्ट्रक्चर और उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल गुण प्राप्त किए जा सकें।

चित्र 4. ऊर्जा भंडारण क्षेत्र में नैनोसेल्यूलोज़ आधारित कार्यात्मक सामग्रियों का अनुप्रयोग

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए नैनोसेल्युलोज कार्यात्मक सामग्री

शुष्क अवस्था में, नैनोसेल्यूलोज के यांत्रिक गुण मानव हड्डी के बराबर होते हैं, जबकि गीली अवस्था में, नैनोसेल्यूलोज के भौतिक और रासायनिक गुण बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स के समान होते हैं। इस बीच, उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के अलावा, नैनोसेल्यूलोज में अन्य पॉलिमर या कार्यात्मक सामग्रियों के साथ उच्च संगतता होती है, जो नैनोसेल्यूलोज कार्यात्मक सामग्रियों को बायोमेडिकल क्षेत्र में अच्छा व्यावहारिक मूल्य और व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं प्रदान करती है।

चित्र 5. बायोमेडिकल क्षेत्र में नैनोसेल्यूलोज आधारित कार्यात्मक सामग्रियों का अनुप्रयोग