आसंजन

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IUPAC परिभाषा

आसंजन (Adhesion) भिन्न कणों या सतहों का एक-दूसरे से चिपके रहने की प्रवृत्ति है। (संसंजन समान या समरूप कणों और सतहों के एक-दूसरे से चिपके रहने की प्रवृत्ति को संदर्भित करता है।)

आसंजन और संसंजन का कारण बनने वाले बलों को कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार के स्टिकर और चिपचिपी टेप के कार्य के लिए जिम्मेदार अंतरआणविक बल रासायनिक आसंजन, परिक्षेपी आसंजन, और विसर्पी आसंजन की श्रेणियों के अंतर्गत आते हैं। इन अंतरआणविक बलों के संचयी परिमाण के अलावा, कुछ उभरते हुए यांत्रिक प्रभाव भी होते हैं।

पृष्ठीय ऊर्जा

पृष्ठीय ऊर्जा को पारंपरिक रूप से उस कार्य के रूप में परिभाषित किया जाता है जो किसी विशिष्ट सतह के एक क्षेत्रफल को बनाने के लिए आवश्यक होता है। पृष्ठीय ऊर्जा को देखने का दूसरा तरीका इसे किसी थोक (बल्क) नमूने को विदलन करने, जिससे दो सतहें बनती हैं, के लिए आवश्यक कार्य से संबंधित करना है। यदि नई सतहें समान हैं, तो प्रत्येक सतह की पृष्ठीय ऊर्जा γ विदलन के कार्य W के आधे के बराबर होती है: γ = (1/2)W11।

यदि सतहें असमान हैं, तो यंग-डुप्रे समीकरण लागू होता है: W12 = γ1 + γ2 – γ12, जहाँ γ1 और γ2 दो नई सतहों की पृष्ठीय ऊर्जा हैं, और γ12 अंतरापृष्ठीय ऊर्जा है।

यह पद्धति किसी अन्य माध्यम में होने वाले विच्छेदन (cleavage)] की चर्चा करने के लिए भी उपयोग की जा सकती है: γ12 = (1/2)W121 = (1/2)W212। ये दोनों ऊर्जा राशियाँ उस ऊर्जा को संदर्भित करती हैं जो किसी एक प्रजाति (species) को दो टुकड़ों में विच्छेदित करने के लिए आवश्यक होती है, जबकि वह दूसरी प्रजाति के माध्यम में मौजूद होती है। इसी प्रकार तीन प्रजातियों की प्रणाली के लिए: γ13 + γ23 – γ12 = W12 + W33 – W13 – W23 = W132, जहाँ W132 प्रजाति 3 के माध्यम में प्रजाति 2 से प्रजाति 1 को विच्छेदित करने की ऊर्जा है।[1]

विच्छेदन ऊर्जा (क्लेवेज एनर्जी), पृष्ठीय ऊर्जा (सरफेस एनर्जी), और पृष्ठ तनाव (सरफेस टेंशन) की शब्दावली की बुनियादी समझ, किसी दिए गए पृष्ठ पर होने वाली भौतिक अवस्था (physical state) और घटनाओं को समझने के लिए बहुत útil (सहायक) है, लेकिन जैसा कि नीचे चर्चा की गई है, इन चरों का सिद्धांत कुछ ऐसे दिलचस्प प्रभाव भी उत्पन्न करता है जो अपने परिवेश के संबंध में चिपकने वाले पृष्ठों (adhesive surfaces) की व्यावहारिकता से संबंधित हैं।[1]

क्रियाविधि (Mechanisms)

आसंजन (adhesion) को कवर करने वाला कोई एक एकल सिद्धांत नहीं है, और विशेष क्रियाविधियाँ विशिष्ट सामग्री परिदृश्यों के लिए होती हैं। यह समझाने के लिए कि एक सामग्री दूसरी से क्यों चिपकती है, आसंजन की पाँच क्रियाविधियों का प्रस्ताव किया गया है:

यांत्रिक (Mechanical)

चिपकने वाली सामग्रियाँ पृष्ठों के रिक्त स्थानों (voids) या छिद्रों (pores) को भर देती हैं और इंटरलॉकिंग (आंतरिक संलग्नीकरण) द्वारा पृष्ठों को एकसाथ रखती हैं। अन्य इंटरलॉकिंग घटनाएँ विभिन्न लंबाई के पैमानों पर देखी जाती हैं। सिलाई (Sewing) दो सामग्रियों द्वारा बड़े पैमाने पर यांत्रिक बंध बनाने का एक उदाहरण है, वेलक्रो (velcro) मध्यम पैमाने पर एक बंध बनाता है, और कुछ टेक्सटाइल चिपकने वाले पदार्थ (गोंद) छोटे पैमाने पर एक बंध बनाते हैं।

रासायनिक (Chemical)

दो सामग्रियाँ जोड़ (joint) पर एक यौगिक (compound) बना सकती हैं। सबसे मजबूत जोड़ वे होते हैं जहाँ दोनों सामग्रियों के परमाणु इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं या अदला-बदली करते हैं ( जिन्हें क्रमशः सहसंयोजक बंधन या आयनिक बंधन कहा जाता है)। एक कमजोर बंधन तब बनता है जब किसी एक अणु में मौजूद हाइड्रोजन परमाणु दूसरे अणु के नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, या फ्लोरिन परमाणु की ओर आकर्षित होता है, इस घटना को हाइड्रोजन बंधन कहा जाता है।

रासायनिक आसंजन तब होता है जब दो अलग-अलग पृष्ठों के पृष्ठीय परमाणु आयनिक, सहसंयोजक, या हाइड्रोजन बंधन बनाते हैं। इस अर्थ में रासायनिक आसंजन के पीछे का इंजीनियरिंग सिद्धांत काफी सीधा है: यदि पृष्ठीय अणु बंध बना सकते हैं, तो पृष्ठ इन बंधों के एक नेटवर्क द्वारा एकसाथ बंध जाएंगे। यह उल्लेख करना उचित है कि ये आकर्षक आयनिक और सहसंयोजक बल केवल बहुत कम दूरियों – एक नैनोमीटर से कम – पर प्रभावी होते हैं। इसका सामान्य अर्थ यह है कि न केवल रासायनिक बंधन की क्षमता वाले पृष्ठों को एक-दूसरे के बहुत करीब लाना होगा, बल्कि ये बंधन काफी भंगुर (brittle) भी होते हैं, क्योंकि इसके बाद पृष्ठों को एक-दूसरे के करीब रखना आवश्यक होता है।[2]

परिक्षेपी (Dispersive)

মূল নিবন্ধ: Dispersive adhesion

प्रagiriय आसंजन (dispersive adhesion) में, जिसे फिज़िसॉर्प्शन (physisorption) भी कहा जाता है, दो सामग्रियों को वांडर वाल्स बलों द्वारा एक साथ रखा जाता है: दो अणुओं के बीच का आकर्षण, जिनमें से प्रत्येक में आंशिक धनात्मक और ऋणात्मक आवेश का एक क्षेत्र होता है। सरल स्थिति में, ऐसे अणु औसत आवेश घनत्व के संबंध में ध्रुवीय (polar) होते हैं, हालांकि बड़े या अधिक जटिल अणुओं में, अधिक धनात्मक या ऋणात्मक आवेश के कई "ध्रुव" या क्षेत्र हो सकते हैं। ये धनात्मक और ऋणात्मक ध्रुव किसी अणु का एक स्थायी गुण (कीसोम बल) या एक क्षणिक प्रभाव हो सकता है जो किसी भी अणु में हो सकता है, क्योंकि अणुओं के भीतर इलेक्ट्रॉनों की यादृच्छिक गति के परिणामस्वरूप एक क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों का अस्थायी संकेंद्रण हो सकता है (लंदन बल)।

सतह विज्ञान में, "आसंजन" (adhesion) शब्द का तात्पर्य लगभग हमेशा परिक्षेपी आसंजन (dispersive adhesion) से होता है। एक विशिष्ट ठोस-द्रव-गैस प्रणाली में (जैसे हवा से घिरे ठोस पर द्रव की एक बूंद) संपर्क कोण का उपयोग अप्रत्यक्ष रूप से आसंजन क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है, जबकि सेंट्रीफ्यूगल एड्होजन बैलेंस (केंद्रीय आसंजन संतुलन)[3][4][5][6][7] प्रत्यक्ष मात्रात्मक (quantitative) आसंजन माप की अनुमति देता है। सामान्यतः, जिन मामलों में संपर्क कोण कम होता है, उन्हें प्रति इकाई क्षेत्र में उच्च आसंजन वाला माना जाता है। यह दृष्टिकोण यह मानकर चलता है कि कम संपर्क कोण उच्च सतही ऊर्जा (surface energy) के अनुरूप होता है।[8] सैद्धांतिक रूप से, संपर्क कोण और आसंजन के कार्य के बीच का अधिक सटीक संबंध अधिक जटिल होता है और इसे यंग-डुप्रे समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है। त्रि-चरणीय प्रणाली (three-phase system) का संपर्क कोण न केवल परिक्षेपी आसंजन (द्रव के अणुओं और... के अणुओं के बीच की परस्पर क्रिया) का एक कार्य है

ठोस में) बल्कि संhesion (सहसंयोजन—स्वयं द्रव के अणुओं के बीच अन्योन्यक्रिया) भी शामिल है। मजबूत आसंजन (adhesion) और कमजोर संसंोजन (cohesion) के परिणामस्वरूप उच्च स्तर का गीलापन, कम मापे गए संपर्क कोणों के साथ एक लाइोफिलिक (स्नेही) स्थिति उत्पन्न होती है। इसके विपरीत, कमजोर आसंजन और मजबूत संसंोजन के परिणामस्वरूप उच्च मापे गए संपर्क कोणों और खराब गीलेपन के साथ लाइोफोबिक (विरोधी) स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं।

लंदन परिक्षपण (London dispersion) बल आधेसिव उपकरणों (adhesive devices) के कार्य करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं, क्योंकि इसके लिए किसी भी सतह पर किसी स्थायी ध्रुवता (polarity) का होना आवश्यक नहीं है। इनका वर्णन 1930 के दशक में फ्रिट्ज लंदन (Fritz London) द्वारा किया गया था, और कई शोधकर्ताओं द्वारा इनका प्रेक्षण किया गया है। परिक्षपण बल (Dispersive forces) सांख्यिकीय क्वांटम यांत्रिकी (statistical quantum mechanics) का परिणाम हैं। लंदन ने यह सिद्धांत दिया कि अणुओं के बीच के आकर्षण बल, जिन्हें आयनिक या सहसंयोजक अन्योन्यक्रिया (covalent interaction) द्वारा समझाया नहीं जा सकता, अणुओं के भीतर ध्रुवीय आघूर्ण (polar moments) के कारण हो सकते हैं। मल्टीपोल (Multipoles), स्थायी मल्टीपोल आघूर्ण वाले उन अणुओं के बीच आकर्षण को स्पष्ट कर सकते हैं जो स्थिरवैद्युत अन्योन्यक्रिया (electrostatic interaction) में भाग लेते हैं। हालांकि, प्रायोगिक डेटा से यह पता चला कि वांडर वाल्स बलों का अनुभव करने वाले देखे गए कई यौगिकों में कोई मल्टीपोल नहीं थे। लंदन ने सुझाव दिया कि तात्कालिक द्विध्रुव (momentary dipoles) केवल अणुओं के एक-दूसरे के निकट होने के कारण प्रेरित होते हैं। एक-दूसरे से एक निश्चित दूरी पर हार्मोनिक ऑसिलेटर (harmonic oscillator) के रूप में दो इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम यांत्रिक प्रणाली को हल करके, जिन्हें उनके संबंधित विश्राम स्थानों से विस्थापित किया गया है और जो एक-दूसरे के क्षेत्रों के साथ अन्योन्यक्रिया कर रहे हैं, लंदन ने दिखाया कि इस प्रणाली की ऊर्जा निम्नलिखित द्वारा दी जाती है:

E=3hν−34hνα2R6

जबकि पहला पद केवल शून्य-बिंदु ऊर्जा (zero-point energy) है, ऋणात्मक दूसरा पद निकटवर्ती ऑसिलेटरों के बीच एक आकर्षण बल का वर्णन करता है। इसी तर्क को युग्मित ऑसिलेटरों (coupled oscillators) की एक बड़ी संख्या तक भी बढ़ाया जा सकता है, और इस प्रकार यह उन मुद्दों से बच जाता है जो विशेष रूप से समरूपता के माध्यम से रद्द होने वाले स्थायी द्विध्रुवों के बड़े पैमाने पर आकर्षण प्रभावों को नकारते हैं।

परिक्षपण प्रभाव की योजक प्रकृति (additive nature) का एक अन्य उपयोगी परिणाम भी होता है। ऐसे एकल परिक्षपण द्विध्रुव (dipole) पर विचार करें, जिसे मूल द्विध्रुव (origin dipole) कहा जाता है। चूँकि कोई भी मूल द्विध्रुव स्वाभाविक रूप से इस तरह से उन्मुख होता है कि वह अपने द्वारा प्रेरित निकटवर्ती द्विध्रुवों की ओर आकर्षित हो, जबकि अन्य, अधिक दूर के द्विध्रुव किसी भी कला संबंध (phase relation) द्वारा मूल द्विध्रुव के साथ सहसंबद्ध नहीं होते हैं (इस प्रकार औसतन कुछ भी योगदान नहीं देते हैं), ऐसे कणों के एक पुंज (bulk) में एक शुद्ध आकर्षण बल होता है। जब समान कणों पर विचार किया जाता है, तो इसे संसंजक बल (cohesive force) कहा जाता है।[9]

चिपकने (adhesion) की चर्चा करते وقت, इस सिद्धांत को सतहों से संबंधित पदों में बदलने की आवश्यकता होती है। यदि समान अणुओं के पुंज में संसंजन की एक शुद्ध आकर्षक ऊर्जा है, तो दो सतहों का उत्पादन करने के लिए इस पुंज को विभाजित करने से परिक्षणीय सतह ऊर्जा (dispersive surface energy) वाली सतहें प्राप्त होंगी, क्योंकि ऊर्जा का रूप समान रहता है। यह सिद्धांत सतह पर वांडर वाल्स बलों के अस्तित्व के लिए एक आधार प्रदान करता है, जो इलेक्ट्रॉन रखने वाले किसी भी अणु के बीच मौजूद होते हैं। इन बलों को चिकनी सतहों के संपर्क में स्वतःस्फूर्त रूप से कूदने के माध्यम से आसानी से देखा जाता है। अभ्रक (mica), सोने, विभिन्न पॉलिमर और ठोस जिलेटिन विलयनों की चिकनी सतहें अलग नहीं रहती हैं जब उनके बीच की दूरी काफी कम हो जाती है - जो 1–10 nm के क्रम की होती है। इन आकर्षणों का वर्णन करने वाले समीकरण की भविष्यवाणी 1930 के दशक में डी बोअर (De Boer) और हमाकर (Hamaker) द्वारा की गई थी:[2]

Parea=−A24πz3

जहाँ P बल है (आकर्षण के लिए ऋणात्मक), z पृथक्करण दूरी है, और A एक सामग्री-विशिष्ट स्थिरांक है जिसे हमाकर स्थिरांक (Hamaker constant) कहा जाता है।

यह प्रभाव उन प्रयोगों में भी स्पष्ट होता है जहाँ छोटे आवधिक पोस्ट (स्तंभ) संरचनाओं के साथ एक पॉलिडिमेथिलसिलॉक्सेन (PDMS) स्टैम्प बनाया जाता है। पोस्ट वाली सतह को एक चिकनी सतह पर नीचे की ओर रखा जाता है, ताकि प्रत्येक पोस्ट के बीच का सतह क्षेत्र चिकनी सतह के ऊपर उठा हुआ हो, जैसे स्तंभों द्वारा समर्थित कोई छत। PDMS और चिकने सब्सट्रेट के बीच इन आकर्षक परिक्षेपण बलों के कारण, उठी हुई सतह - या "रूफ" - वैन डेर वाल्स आकर्षण के अलावा किसी भी बाहरी बल के बिना सब्सट्रेट पर नीचे की ओर ढह जाती है।[10] इन परिक्षेपण चिपकने वाले गुणों के लिए आमतौर पर सरल चिकनी पॉलिमर सतहों - बिना किसी सूक्ष्मसंरचना (microstructures) के - का उपयोग किया जाता है। डेकल और स्टिकर जो किसी भी रासायनिक चिपकने वाले पदार्थ का उपयोग किए बिना कांच से चिपक जाते हैं, खिलौनों और सजावट के रूप में काफी आम हैं और हटाने योग्य लेबल के रूप में उपयोगी हैं क्योंकि वे रासायनिक यौगिकों का उपयोग करने वाले चिपचिपे टेप की तरह अपने चिपकने वाले गुणों को जल्दी से नहीं खोते हैं।

ये बल बहुत छोटी दूरियों पर भी काम करते हैं - वैन डेर वाल्स बंधों को तोड़ने के लिए आवश्यक कार्य का 99% हिस्सा एक बार सतहों को एक नैनोमीटर से अधिक दूर खींचने पर पूरा हो जाता है।[2] वैन डेर वाल्स और आयनिक/सहसंयोजक दोनों प्रकार के बंधन स्थितियों में इस सीमित गति के परिणामस्वरूप, इनमें से किसी एक या दोनों अंतःक्रियाओं के कारण आसंजन (adhesion) की व्यावहारिक प्रभावशीलता में अभी भी बहुत सुधार की गुंजाइश रहती है। एक बार जब दरार शुरू हो जाती है, तो अंतरापृष्ठीय बंधों की भंगुर प्रकृति के कारण यह अंतरापृष्ठ के साथ आसानी से फैलती चली जाती है।[11]

एक अतिरिक्त परिणाम के रूप में, इस स्थिति में सतह क्षेत्र को बढ़ाना अक्सर आसंजन की ताकत को बढ़ाने में बहुत कम मदद करता है। यह उपर्युक्त दरार विफलता से उत्पन्न होता है - अंतरापृष्ठ पर प्रतिबल (stress) समान रूप से वितरित नहीं होता है, बल्कि विफलता के क्षेत्र पर केंद्रित होता है।[2]

इलेक्ट्रोस्टैटिक (स्थैतिक विद्युत)

আরও দেখুন: Static cling कुछ चालक सामग्रियां जोड़ पर विद्युत आवेश में अंतर बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकती हैं। इसके परिणामस्वरूप एक संधारित्र (capacitor) के समान संरचना बनती है और सामग्रियों के बीच एक आकर्षक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल पैदा होता है।

विapसaroni (Diffusive)

कुछ सामग्रियां विसरण (diffusion) के माध्यम से जोड़ पर मिल सकती हैं। यह तब हो सकता है जब दोनों सामग्रियों के अणु गतिशील हों और एक-दूसरे में विलेय (soluble) हों। यह विशेष रूप से पॉलिमर श्रृंखलाओं (polymer chains) के मामले में प्रभावी होगा जहाँ अणु का एक छोर दूसरी सामग्री में विसरण कर जाता है। यह वह तंत्र भी है जो सिंटरिंग (sintering) में शामिल होता है। जब धातु (metal) या सिरेमिक (ceramic) पाउडर को एक साथ दबाया जाता है और गर्म किया जाता है, तो परमाणु एक कण से दूसरे कण में विसरण करते हैं। यह कणों को एक में जोड़ देता है।[12]

विसरणीय बल आणविक स्तर पर यांत्रिक टेथरिंग (mechanical tethering) की तरह होते हैं। विसरणीय बंधन (diffusive bonding) तब होता है जब एक सतह की प्रजातियां (species) अपनी मूल सतह के प्रावस्था (phase) से जुड़ी रहते हुए भी किसी आसन्न सतह में प्रवेश करती हैं। एक शिक्षाप्रद उदाहरण पॉलिमर-ऑन-पॉलिमर सतहों का है। पॉलिमर-ऑन-पॉलिमर सतहों में विसरणीय बंधन, एक सतह से पॉलिमर श्रृंखलाओं के खंडों का किसी आसन्न सतह के खंडों के साथ अंतर्ग्रंथित (interdigitating) होने का परिणाम होता है। पॉलिमर की गति की स्वतंत्रता का उनके अंतर्ग्रंथित होने की क्षमता पर और इसलिए विसरणीय बंधन पर गहरा प्रभाव पड़ता है। उदाहरण के लिए, क्रॉस-लिंक्ड पॉलिमर विसरण और अंतर्ग्रंथन (interdigitation) में कम सक्षम होते हैं क्योंकि वे संपर्क के कई बिंदुओं पर एक-दूसरे से बंधे होते हैं, और आसन्न सतह में मुड़ने के लिए स्वतंत्र नहीं होते हैं। दूसरी ओर, अन-क्रॉस-लिंक्ड पॉलिमर (थर्मोप्लास्टिक्स) अंतरापृष्ठ के पार पुच्छ और लूप फैलाकर आसन्न प्रावस्था में विचरण करने के लिए अधिक स्वतंत्र होते हैं।

एक अन्य परिस्थिति जिसके तहत विसरणीय बंधन होता है, वह है "विभाजन" (scission)। श्रृंखला विभाजन (Chain scission) पॉलिमर श्रृंखलाओं का टूटना है, जिसके परिणामस्वरूप दूरस्थ (distal) पुच्छों की उच्च सांद्रता (concentration) प्राप्त होती है। इन श्रृंखला के सिरों की बढ़ी हुई सांद्रता से अंतरापृष्ठ के पार फैली हुई पॉलिमर पुच्छों की सांद्रता बढ़ जाती है। ऑक्सीजन गैस की उपस्थिति में पराबैंगनी (ultraviolet) विकिरण द्वारा विभाजन आसानी से प्राप्त किया जाता है, जो यह सुझाव देता है कि विसरणीय बंधन का उपयोग करने वाले चिपकने वाले उपकरण वास्तव में गर्मी/प्रकाश और हवा के लंबे समय तक संपर्क में रहने से लाभान्वित होते हैं। कोई उपकरण इन स्थितियों के संपर्क में जितनी देर रहता है, उतनी ही अधिक पुच्छें विभाजित होती हैं और अंतरापृष्ठ के पार शाखाएं बनाती हैं।

एक बार इंटरफ़ेस (अंतरापृष्ठ) को पार करने के बाद, पूंछें और लूप (फंदे) ऐसे किसी भी बंधन का निर्माण करते हैं जो अनुकूल होता है। पॉलिमर-ऑन-पॉलिमर सतहों के मामले में, इसका अर्थ है अधिक वैन डेर वाल बल (van der Waals forces)। यद्यपि ये कमजोर हो सकते हैं, लेकिन जब इन बंधनों का एक बड़ा नेटवर्क बनता है तो ये काफी मजबूत होते हैं। प्रत्येक सतह की सबसे बाहरी परत ऐसी सतहों के चिपकने वाले (एडहेसिव) गुणों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, क्योंकि अंतर्भेदन (interdigitation) की थोड़ी सी मात्रा भी – जो कि 1.25 एंगस्ट्रॉम लंबाई की एक या दो पूंछ जितनी कम हो सकती है – वैन डेर वाल बंधनों को एक परिमाण की कोटि (order of magnitude) तक बढ़ा सकती है।[13]

ताकत (Strength)

दो सामग्रियों के बीच आसंजन (adhesion) की ताकत इस बात पर निर्भर करती है कि दोनों सामग्रियों के बीच उपर्युक्त में से कौन सी क्रियाविधि होती है, और वह सतही क्षेत्रफल कितना है जिस पर दोनों सामग्रियां संपर्क करती हैं। एक-दूसरे पर गीला (wet) होने वाली सामग्रियों का संपर्क क्षेत्र उन सामग्रियों की तुलना में अधिक होता है जो ऐसा नहीं करती हैं। गीला होना सामग्रियों की सतही ऊर्जा (surface energy) पर निर्भर करता है।

कम सतही ऊर्जा वाली सामग्रियां जैसे पॉलीथीन (polyethylene), पॉलीप्रोपाइलीन (polypropylene), पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (polytetrafluoroethylene) और पॉलीऑक्सिमेथिलीन (polyoxymethylene) को विशेष सतही तैयारी के बिना आपस में जोड़ना कठिन होता है।

आसंजक संपर्क (adhesive contact) की ताकत निर्धारित करने वाला एक अन्य कारक इसका आकार है। जटिल आकार के आसंजक संपर्क, संपर्क क्षेत्र के "किनारों" पर अलग होना शुरू हो जाते हैं।[14] आसंजक संपर्कों के नष्ट होने की प्रक्रिया को फिल्म में देखा जा सकता है।[15]

हाल के प्रायोगिक कार्य से यह पता चला है कि आसंजन-बल (adhesion-force) माप अक्सर गैर-गॉसियन परिवर्तनशीलता (non-Gaussian variability) प्रदर्शित करते हैं, और कुछ मामलों में सामान्यीकृत बल वितरण (normalized force distribution) को बीटा वितरण (Beta distribution) का उपयोग करके सटीक रूप से दर्शाया जा सकता है।[16]

अन्य प्रभाव (Other effects)

परस्पर जुड़ी हुई प्राथमिक सतही बलों के साथ-साथ, कई प्रासंगिक प्रभाव भी कार्य कर रहे होते हैं। हालांकि बल स्वयं सतहों के बीच आसंजन के परिमाण में योगदान करते हैं, लेकिन निम्नलिखित कारक किसी आसंजक उपकरण की समग्र शक्ति और विश्वसनीयता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

स्ट्रिंगिंग (Stringing)

स्ट्रिंगिंग (Stringing) शायद इन प्रभावों में सबसे महत्वपूर्ण है, और यह अक्सर चिपकने वाले टेप (adhesive tapes) पर देखा जाता है। स्ट्रिंगिंग तब होती है जब दो सतहों का अलग होना शुरू हो रहा होता है और अंतरापृष्ठ (interface) के अणु इंटरफ़ेस की तरह फटने के बजाय अंतराल के पार एक पुल की तरह फैल जाते हैं। इस प्रभाव का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम दरार (crack) का रुकना है। अन्यथा भंगुर (brittle) अंतरापृष्ठ बंधनों को कुछ लचीलापन प्रदान करके, अंतराल के पार फैलने वाले अणु दरार को आगे बढ़ने से रोक सकते हैं。[2] इस परिघटना को समझने का एक अन्य तरीका इसकी तुलना पहले उल्लेखित विफलता के बिंदु पर तनाव सांद्रता (stress concentration) से करना है। चूकि अब तनाव कुछ क्षेत्र में फैल गया है, इसलिए किसी भी दिए गए बिंदु पर तनाव के पास सतहों के बीच कुल चिपकने वाले बल को अत्यधिक प्रभावित करने की संभावना कम होती है। यदि चिपचिपा-प्रत्यास्थ (viscoelastic) चिपकने वाले एजेंट वाले अंतरापृष्ठ पर विफलता होती है, और दरार आगे बढ़ती है, तो यह तेज, भंगुर फ्रैक्चर के बजाय "फिंगरिंग" (fingering) नामक एक क्रमिक प्रक्रिया द्वारा होती है।[11] स्ट्रिंगिंग, विससारी बंधन (diffusive bonding) व्यवस्था और रासायनिक बंधन (chemical bonding) व्यवस्था दोनों पर लागू हो सकती है। अंतराल के पार पुल बनाने वाले अणुओं की स्ट्रिंग या तो वे अणु होंगे जो पहले अंतरापृष्ठ के पार विससरत (diffuse) हो चुके थे या चिपचिपा-प्रत्यास्थ (viscoelastic) चिपकने वाला पदार्थ होगा, बशर्ते कि अंतरापृष्ठ पर इसका एक महत्वपूर्ण आयतन मौजूद हो।

सूक्ष्मसंरचनाएँ (Microstructures)

आणविक पैमाने के तंत्रों और पदानुक्रमित सतह संरचनाओं की परस्पर क्रिया से सतहों के जोड़ों के बीच उच्च स्तर का स्थैतिक घर्षण (static friction) और बंधन उत्पन्न होता है।[17] तकनीकी रूप से उन्नत चिपकने वाले उपकरण कभी-कभी सतहों पर सूक्ष्मसंरचनाओं (microstructures) का उपयोग करते हैं, जैसे कि सघन रूप से पैक किए गए आवधिक खंभे (periodic posts)। ये विभिन्न आर्थ्रोपोड (arthropods) और कशेरुकी (vertebrates) (विशेष रूप से, गेको (gecko)) के पैरों की चिपकने की क्षमताओं से प्रेरित बायोमिमैटिक (biomimetic) तकनीकें हैं। चिकनी, चिपकने वाली सतहों में आवधिक अंतराल (periodic breaks) को आपस में मिलाने से, अंतरापृष्ठ मूल्यवान दरार-गिरफ़्तारी (crack-arresting) गुण प्राप्त कर लेता है। चूँकि दरार की शुरुआत के लिए दरार के प्रसार की तुलना में बहुत अधिक तनाव की आवश्यकता होती है, इसलिए इस तरह की सतहों को अलग करना बहुत कठिन होता है, क्योंकि हर बार जब अगली व्यक्तिगत सूक्ष्मसंरचना पर पहुँचा जाता है, तो एक नई दरार को फिर से शुरू करना पड़ता है।[18]

हिस्टैरिSIS (शैथिल्य)

हिस्टैरिSIS (Hysteresis), इस मामले में, कुछ समय की अवधि में चिपकने वाले (एडहेसिव) इंटरफ़ेस के पुनर्गठन को संदर्भित करता है, जिसका परिणाम यह होता है कि दो सतहों को अलग करने के लिए आवश्यक कार्य, उन्हें एक साथ लाने पर प्राप्त कार्य से अधिक होता है (W > γ1 + γ2)। अधिकांश भाग के लिए, यह विसृत बंधन (diffusive bonding) से जुड़ी एक परिघटना है। विसृत बंधन प्रदर्शित करने वाली सतहों के एक जोड़े को पुनर्गठित होने के लिए जितना अधिक समय दिया जाता है, उतना ही अधिक विसरण (diffusion) होगा, और आसंजन (adhesion) उतना ही अधिक मजबूत हो जाएगा। पराबैंगनी विकिरण (ultraviolet radiation) और ऑक्सीजन गैस के प्रति कुछ पॉलिमर-ऑन-पॉलिमर सतहों की उपर्युक्त प्रतिक्रिया हिस्टैरिSIS का एक उदाहरण है, लेकिन यह उन कारकों के बिना भी समय के साथ घटेगी।

यह देखने के अलावा कि क्या W > γ1 + γ2 सत्य है, हिस्टैरिSIS का निरीक्षण करने में सक्षम होने के अलावा, "स्टॉप-स्टार्ट" (रुकें-शुरू करें) माप करके भी इसका प्रमाण पाया जा सकता है। इन प्रयोगों में, दो सतहें लगातार एक-दूसरे के खिलाफ फिसलती हैं और कभी-कभी कुछ मापे गए समय के लिए रुक जाती हैं। पॉलिमर-ऑन-पॉलिमर सतहों पर किए गए प्रयोगों के परिणाम बताते हैं कि यदि रुकने का समय काफी कम है, तो सुचारू फिसलन को फिर से शुरू करना आसान है। हालांकि, यदि रुकने का समय किसी सीमा से अधिक हो जाता है, तो गति के प्रति प्रतिरोध में प्रारंभिक वृद्धि होती है, जो यह संकेत करती है कि रुकने का समय सतहों के पुनर्गठन के लिए पर्याप्त था।[13]

आर्द्रता (वेटेबिलिटी) और अवशोषण

चिपकने वाले उपकरणों की कार्यक्षमता पर कुछ वायुमंडलीय प्रभावों को पृष्ठ ऊर्जा (surface energy) और अंतरापृष्ठीय तनाव (interfacial tension) के सिद्धांत का पालन करकेcharacterized किया जा सकता है। यह ज्ञात है कि γ12 = (1/2)W121 = (1/2)W212। यदि γ12 उच्च है, तो प्रत्येक प्रजाति किसी बाह्य प्रजाति के संपर्क में होने पर अलग होने और दूसरे के साथ मिलने के बजाय एक साथ जुड़े रहना (cohere) पसंद करती है। यदि यह सत्य है, तो इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि जब अंतरापृष्ठीय तनाव उच्च होता है, तो आसंजन का बल कमजोर होता है, क्योंकि प्रत्येक प्रजाति दूसरे के साथ बंधना पसंद नहीं करती है। एक तरल और एक ठोस का अंतरापृष्ठीय तनाव सीधे तरल की वेटेबिलिटी (ठोस के सापेक्ष) से संबंधित होता है, और इस प्रकार कोई यह अनुमान लगा सकता है कि गैर-गीला करने वाले (non-wetting) तरल पदार्थों में संसंजन (cohesion) बढ़ता है और गीला करने वाले (wetting) तरल पदार्थों में घटता है। इसका सत्यापन करने वाला एक उदाहरण पॉलिडिमेथिल सिलोक्सेन रबर है, जिसकी हवा में स्व-आसन (self-adhesion) का कार्य 43.6 mJ/m2, पानी में (एक गैर-गीला करने वाला तरल) 74 mJ/m2 और मेथनॉल में (एक गीला करने वाला तरल) 6 mJ/m2 है।

इस तर्क को इस विचार तक बढ़ाया जा सकता है कि जब कोई सतह ऐसे माध्यम में होती है जिसके साथ बंधन अनुकूल होता है, तो दूसरी सतह पर चिपकने की उसकी संभावना कम होगी, क्योंकि माध्यम सतह पर उन संभावित स्थानों को घेर रहा है जो अन्यथा दूसरी सतह पर चिपकने के लिए उपलब्ध होते। स्वाभाविक रूप से यह गीला करने वाले तरल पदार्थों पर बहुत मजबूती से लागू होता है, बल्कि उन गैस अणुओं पर भी लागू होता है जो विचाराधीन सतह पर अधिशोषित (adsorb) हो सकते हैं, जिससे संभावित आसंजन स्थल occuping हो जाते हैं। यह अंतिम बिंदु वास्तव में काफी सहज ज्ञान युक्त है: किसी एडहेसिव को हवा में बहुत लंबे समय तक खुला छोड़ने से वह गंदा हो जाता है, और उसकी चिपकने की ताकत कम हो जाएगी। यह प्रयोग में देखा जाता है: जब अभ्रक (mica) को हवा में विभाजित (cleave) किया जाता है, तो इसकी विदलन ऊर्जा (cleavage energy), W121 या Wmica/air/mica, निर्वात में विदलन ऊर्जा, Wmica/vac/mica से 13 के एक कारक द्वारा छोटी होती है।[2]

पार्श्व आसंजन (Lateral adhesion)

पार्श्व आसंजन किसी सब्सट्रेट (आधार) पर किसी वस्तु को सरकाने से संबंधित है, जैसे किसी सतह पर किसी बूंद का सरकना। जब दो वस्तुएं ठोस होती हैं, चाहे उनके बीच कोई द्रव हो या न हो, तो पार्श्व आसंजन को घर्षण के रूप में वर्णित किया जाता है। हालांकि, एक बूंद और एक सतह के बीच पार्श्व आसंजन का व्यवहार ठोस पदार्थों के बीच के घर्षण से ट्राइबोलॉजी (tribology) की दृष्टि से बहुत अलग होता है, और एक समतल सतह तथा तरल बूंद के बीच स्वाभाविक रूप से आसंजक संपर्क इस मामले में पार्श्व आसंजन को एक स्वतंत्र क्षेत्र बनाता है। पार्श्व आसंजन को अपकेंद्रीय आसंजन संतुलन (centrifugal adhesion balance - CAB) का उपयोग करके मापा जा सकता है,[3][4][6][7][5] जो इस समस्या में अभिलंब (normal) और पार्श्व बलों को अलग करने के लिए अपकेंद्रीय और गुरुत्वाकर्षण बलों के संयोजन का उपयोग करता है।

इन्हें भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 J. N. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces (Academic Press, New York, 1985). chap. 15.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 K. Kendall. (1994). "Adhesion: Molecules and Mechanics". Science. 263 (5154) 1720–5. doi:10.1126/science.263.5154.1720.
  3. ↑ 3.0 3.1 (21 December 2009). "Measurement of Lateral Adhesion Forces at the Interface between a Liquid Drop and a Substrate". Physical Review Letters. 103 (26). doi:10.1103/PhysRevLett.103.266101.
  4. ↑ 4.0 4.1 (18 April 2017). "Solid–Liquid Work of Adhesion". Langmuir. 33 (15) 3594–3600. doi:10.1021/acs.langmuir.6b04437.
  5. ↑ 5.0 5.1 (11 March 2024). "Predicting droplet detachment force: Young-Dupré Model Fails, Young-Laplace Model Prevails". Communications Physics. 7 (1) 89. doi:10.1038/s42005-024-01582-0.
  6. ↑ 6.0 6.1 (19 February 2019). "Comparison of the Lateral Retention Forces on Sessile, Pendant, and Inverted Sessile Drops". Langmuir. 35 (7) 2871–2877. doi:10.1021/acs.langmuir.8b03780.
  7. ↑ 7.0 7.1 (11 November 2022). "Mucus-Inspired Tribology, a Sticky Yet Flowing Hydrogel". ACS Applied Polymer Materials. 4 (11) 8527–8535. doi:10.1021/acsapm.2c01434.
  8. ↑ Laurén, Susanna. What is required for good adhesion?. blog.biolinscientific.com.
  9. ↑ F. London, "The General Theory of Molecular Forces" (1936).
  10. ↑ Y. Y. Huang. (2005). Stamp Collapse in Soft Lithography. Langmuir. 21 (17) 8058–68. doi:10.1021/la0502185.
  11. ↑ 11.0 11.1 Bi-min Zhang Newby, Manoj K. Chaudhury and Hugh R. Brown. (1995). Macroscopic Evidence of the Effect of Interfacial Slippage on Adhesion. Science. 269 (5229) 1407–9. doi:10.1126/science.269.5229.1407.
  12. ↑ (21 Feb 2012). "Adhesion and Cohesion". International Journal of Dentistry. 2012. doi:10.1155/2012/951324.
  13. ↑ 13.0 13.1 N. Maeda. (2002). "Adhesion and Friction Mechanisms of Polymer-on-Polymer Surfaces". Science. 297 (5580) 379–82. doi:10.1126/science.1072378.
  14. ↑ (2017-09-01). "Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients". Friction. 5 (3) 308–325. doi:10.1007/s40544-017-0177-3.
  15. ↑ Friction Physics. (2017-12-06). Science friction: Adhesion of complex shapes.
  16. ↑ Almog, Roy; Babin, Valery; Berkovich, Ronen; Klausner, Ziv. (2026-03-01). The beta distribution as a generalized statistical model for adhesion force. Journal of Colloid and Interface Science. 705. doi:10.1016/j.jcis.2025.139451.
  17. ↑ Static Friction at Fractal Interfaces Tribology International 2016, Volume 93
  18. ↑ A. Majmuder. (2007). "Microfluidic Adhesion Induced by Subsurface Microstructures". Science. 318 (5848) 258–61. doi:10.1126/science.1145839.

अतिरिक्त पठन

  • John Comyn, Adhesion Science, Royal Society of Chemistry Paperbacks, 1997
  • A.J. Kinloch, Adhesion and Adhesives: Science and Technology, Chapman and Hall, 1987

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Adhesion” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Adhesion यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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