^{फोटो सौजन्य यान कोप्रिवा, द्वारा अनस्प्लॅश}

ग्राफीनच्या अति-सूक्ष्म कणांचा उपयोग करून संशोधकांनी मातीतील ओलावा मोजण्यासाठी संवेदक विकसित केला आहे

झाडांना गरजेपेक्षा कमी, किंवा जास्त पाणी घातले गेले तर झाडांवर होणारे दुष्परिणाम त्यांची काळजी घेणाऱ्यांना चांगलेच माहीत असतात. घरातील छोटीशी बाग असो किंवा मोठं शेत असो, निकोप वाढीसाठी वनस्पतींना योग्य तितकेच पाणी देणे आवश्यक असते. मात्र किती पाणी द्यावे हे कळण्यासाठी, मातीत किती ओलावा आहे ते कळणे आवश्यक आहे. मोठ्या शेतांना पाणी देताना योजनाबद्ध वेळापत्रक करणे उपयोगी असते. अश्या वेळेस परवडण्याजोगे, वापरायला सोपे व मातीतील ओलावा अचूकपणे मोजणारे संवेदक आवश्यक असतात.

कार्बन ह्या कालिकात प्रसिद्ध झालेल्या एका अभ्यासात, मातीचा ओलावा मोजण्यासाठी ग्राफीन क्वांटम डॉट्स (ग्राफीनचे अति-सूक्ष्म कण) पासून तयार केलेल्या संवेदक कसे वापरता येतील हे दर्शविले आहे. भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई (आयआयटी मुंबई), गौहाती विद्यापीठ व धीरूभाई अंबानी माहिती व प्रसारण तंत्रज्ञान संस्था, गांधीनगर येथील संशोधकांच्या गटाने केलेल्या ह्या संशोधनास विज्ञान व तंत्रज्ञान विभाग, भारत सरकार, विद्यापीठ अनुदान आयोग (यूजीसी), व आसाम विज्ञान, तंत्रज्ञान व पर्यावरण मंडळ यांच्याकडून वित्तसहाय्य लाभले होते. 

ग्राफीन हे कार्बन-अणूंची मधमाश्यांच्या पोळ्याप्रमाणे षट्कोनी रचना असलेल्या पत्र्याच्या स्वरूपातले कार्बनचे प्रतिरूप आहे. ग्राफीनच्या काही थरांनी बनलेल्या, काही नॅनोमीटर मापाच्या तबकडीच्या स्वरूपात असलेले ग्राफीन क्वांटम डॉट, संवेदक म्हणून कसे काम करतील ह्याचे संशोधन बरीच वर्षे सुरू आहे. ग्राफीन क्वांटम डॉट कसे बनवावेत ह्याविशयी विस्तृत संशोधन सुरू आहेच, पण त्यातील प्रमुख आव्हान आहे ते एकसारख्या आकाराचे कण विपुल प्रमाणात मिळवण्याचे. शिवाय पद्धत अशी हवी की मोठ्या प्रमाणावर व व्यावसायिक उत्पादन भविष्यात सोपे जावे.   

“ग्राफीन क्वांटम डॉट बनवण्यासाठी एक साधी, स्वस्त व मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करणे सहज शक्य होईल अशी पद्धत शोधणे, व मोठ्या शेत व बागांतील मातीतील ओलावा मोजण्यासाठी एक परवडण्याजोगा संवेदक तयार करणे ही ह्या अभ्यासामागची प्रेरणा होती,” असे ह्या अभ्यासाचे नेतृत्व करणारे प्रा. हेमेन कालिता म्हणाले. ते गौहाती विद्यापीठात सहाय्यक प्राध्यापक म्हणून कार्यरत असून पुर्वी भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथे प्रा एम. अस्लम यांचे पीएचडी स्नातक होते.

सदर अभ्यासात संशोधकांनी, स्वस्त व सहज उपलब्ध असलेल्या ग्राफीन ऑक्साइड पासून ३ ते ५ नॅनोमीटर एवढे छोटे ग्राफीन क्वांटम डॉट तयार करण्याची पद्धत प्रस्तावित केली आहे. एका कार्बनच्या इलेक्ट्रोडवर ग्राफीन ऑक्साइड चा पातळ थर देऊन ते इलेक्ट्रोलाइट (विद्युत अपघटनी) द्रावणात ठेवले. ह्यातून विद्युतधारा प्रवाहित केल्यास ग्राफीन ऑक्साइडमधील कार्बन चे बंध तोडले जातात, व त्यांची जागा इलेक्ट्रोलाइटचे रेणू घेतात. शेवटी, त्याचे ऑक्सिजनयुक्त रासायनिक गट असलेले ग्राफीन क्वांटम डॉट तयार होतात.

“प्रयोगशाळेत आमची नवी पद्धत वापरून ग्राफीन क्वांटम डॉट तयार करण्यात आम्हाला यश मिळाले आहे, आता आम्ही त्याच्या पेटंट (एकाधिकार) साठी अर्ज केला आहे,” अशी माहिती प्रा. कालिता यांनी दिली.

संशोधकांनी मातीचा ओलावा मोजण्यासाठी ग्राफीन क्वांटम डॉट वापरून डाळीपेक्षाही लहान आकाराचे संवेदक तयार केले. संवेदकाने दर्शवलेला मातीतल्या ओलाव्याचा आकडा संवेदकाच्या विद्युत रोधावर अवलंबून असतो. पाण्याचे प्रमाण वाढले की रोध कमी होतो. संवेदक ओल्या मातीमध्ये घातला की ग्राफीन क्वांटम डॉट मध्ये असलेले ऑक्सिजनची अभिक्रिया पाण्यातील हायड्रोजनशी होते व पाण्याच्या रेणूंचा एक थर संवेदकावर तयार होतो. स्रोत मीटर द्वारे बाहेरून व्होल्टता लावल्यास वरील थरांमधील पाण्याचे रेणू आयनीकृत होऊन विद्युत प्रभार वाहू लागतात. ह्यामुळे संवेदकाचा रोध कमी होतो.  

लाल व काळ्या मातीच्या नमुन्यांमधील ओलावा मोजून संशोधकांनी संवेदकांची चाचणी केली. त्यांनी पाहिले की मोजलेला ओलावा, नमुन्यांमधील ज्ञात ओलाव्याशी मिळताजुळता आहे. संवेदकाला ओलावा मोजायला ३ मिनिटे लागतात व २० सेकंदांनी संवेदक नवीन मोजमाप करण्यासाठी वापरता येतो.

सलग ५ महिने मातीतील ओलावा मोजण्यासाठी संवेदकाचा उपयोग करून संशोधकांनी त्याची स्थिरता तपासली. त्यांनी पाहिले की सदर काळात संवेदकाने केलेली मोजमापे सुसंगत होती व मातीतील पाण्याच्या प्रमाणाची मोठी व्याप्ती अचूकपणे मोजण्याची संवेदकाची क्षमता आहे. 

“शेतांमध्ये व्यापक चाचण्या करून, सुधारित पॅकेजिंग वापरल्यास आमचे संवेदक व्यावसायिक वापरासाठी योग्य होतील. काही कंपन्या ह्यासाठी पुढे आल्या आहेत व सदर प्रकल्पाचे औद्योगिकीकरण करण्याबाबत आमच्या गटाबरोबर प्रारंभिक चर्चा करत आहेत. मध्यमवर्गीय शेतकऱ्यांना परवडण्याजोगे स्थिर संवेदक विकसित करण्याचे आमचे ध्येय आहे,” असे प्रा कालिता यांनी सांगितले.