ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়ালস (পিসিএম) হল এমন এক শ্রেণীর পদার্থ যা ফেজ পরিবর্তনের সময় প্রচুর পরিমাণে শক্তি (অর্থাৎ, ফেজ চেঞ্জ এনথালপি) শোষণ করে বা ছেড়ে দিতে পারে। যেহেতু পিসিএমগুলি শক্তি সঞ্চয়ের জন্য সুপ্ত তাপ ব্যবহার করে, তাদের উচ্চ তাপ সঞ্চয়স্থানের ঘনত্ব, কমপ্যাক্ট তাপ স্টোরেজ ডিভাইস রয়েছে এবং ফেজ পরিবর্তন প্রক্রিয়া চলাকালীন তাদের তাপমাত্রা মূলত স্থির থাকে, যা তাদের পরিচালনা করা সহজ করে তোলে। শক্তি সংরক্ষণের ক্রমবর্ধমান বিশ্বব্যাপী সচেতনতার সাথে, PCM-এর এই বৈশিষ্ট্যটি গবেষকদের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে, এবং ফেজ পরিবর্তন তাপীয় শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তি শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে ক্রমবর্ধমানভাবে উজ্জ্বল হচ্ছে।
I. উপাদান প্রযুক্তি বৈশিষ্ট্য পরিচিতি
বিস্তৃতভাবে বলতে গেলে, তাপ শক্তি সঞ্চয়স্থান প্রযুক্তিতে তাপ শক্তি সঞ্চয়স্থান এবং ঠান্ডা শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তি উভয়ই অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। থার্মাল এনার্জি স্টোরেজ টেকনোলজির মধ্যে রয়েছে ইন্দ্রিয়গ্রাহ্য তাপ শক্তি স্টোরেজ এবং ফেজ চেঞ্জ তাপ এনার্জি স্টোরেজ। সংবেদনশীল তাপীয় শক্তি সঞ্চয়স্থান তাপ শক্তি সঞ্চয়/মুক্ত করতে উপাদানের নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা ব্যবহার করে, যখন ফেজ পরিবর্তন তাপ শক্তি সঞ্চয়স্থান তাপ শোষণ/রিলিজ শক্তি রূপান্তর প্রক্রিয়াকে ব্যবহার করে ফেজ পরিবর্তনের উপকরণ (পিসিএম) এর ফেজ পরিবর্তনের সময় তাপ শক্তি সঞ্চয়/মুক্ত করতে। পর্যায় পরিবর্তন তাপ শক্তি সঞ্চয় উপকরণগুলির সুবিধা রয়েছে যেমন উচ্চ তাপ সঞ্চয়স্থানের ঘনত্ব এবং তাপ চার্জিং এবং মুক্তির সময় তাপমাত্রার ছোট পরিবর্তন, যা দেশীয় এবং আন্তর্জাতিকভাবে পণ্ডিতদের ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করে। বর্তমানে, ফেজ পরিবর্তন শক্তি সঞ্চয় উপকরণ প্রধানত জৈব, গলিত লবণ, খাদ, এবং যৌগিক ধরনের অন্তর্ভুক্ত। তাদের ফেজ পরিবর্তন ফর্ম প্রধানত চার ধরনের: কঠিন-কঠিন, কঠিন-তরল, কঠিন-গ্যাস, এবং তরল-গ্যাস।
একটি আদর্শ কঠিন-তরল পর্যায় পরিবর্তনের উপাদানের নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য থাকা উচিত:
(1) ফিউশনের উচ্চ সুপ্ত তাপ, এটি ফেজ পরিবর্তনের সময় উল্লেখযোগ্য পরিমাণে তাপ সঞ্চয় করতে বা ছেড়ে দিতে সক্ষম করে;
(2) প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য উপযুক্ত ফেজ পরিবর্তন তাপমাত্রা;
(3) কঠিন-তরল পর্যায়ের পরিবর্তনের ভাল বিপরীততা, অতিরিক্ত ঠাণ্ডা বা অত্যধিক উত্তাপকে হ্রাস করে;
(4) কঠিন এবং তরল পর্যায়গুলির মধ্যে উচ্চ তাপ পরিবাহিতা;
(5) কঠিন-তরল পর্যায় পরিবর্তন প্রক্রিয়া চলাকালীন ন্যূনতম প্রসারণ এবং সংকোচন;
(6) উচ্চ ঘনত্ব এবং নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা;
(7) অ-বিষাক্ত এবং অ-ক্ষয়কারী;
(8) কম খরচে এবং উত্পাদন করা সহজ।
কঠিন-তরল ফেজ পরিবর্তনের উপকরণের তুলনায়, কঠিন-কঠিন ফেজ পরিবর্তনের উপকরণের অনেক সুবিধা রয়েছে। সলিড-কন্টেইনারের প্রয়োজন ছাড়াই সলিড ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল (এসসিটি) সরাসরি প্রক্রিয়াজাত করা যায় এবং ঢালাই করা যায়; তাদের তাপীয় সম্প্রসারণের একটি ছোট সহগ রয়েছে, যার ফলে ফেজ ট্রানজিশনের সময় ন্যূনতম ভলিউম পরিবর্তন হয়; তারা সুপারকুলিং বা ফেজ সেপারেশন প্রদর্শন করে না, অ্যান্টি-সুপারকুলিং এজেন্ট এবং অ্যান্টি-ফেজ সেপারেশন এজেন্টের প্রয়োজনীয়তা দূর করে; তারা খুব কম বিষাক্ততা এবং ন্যূনতম ক্ষয় আছে; এগুলি ফুটো-মুক্ত এবং পরিবেশকে দূষিত করে না; তারা স্থিতিশীল রচনা, ভাল ফেজ পরিবর্তন reversibility, এবং একটি দীর্ঘ সেবা জীবন আছে; এবং তাদের ডিভাইসগুলি সহজ এবং ব্যবহার করা সহজ। SCT এর প্রধান অসুবিধা হল ফেজ পরিবর্তনের কম সুপ্ত তাপ এবং উচ্চ মূল্য। তরল-গ্যাস এবং কঠিন-গ্যাস ফেজ পরিবর্তনের উপাদান, ফেজ ট্রানজিশনের সময় প্রচুর পরিমাণে গ্যাসের উপস্থিতির কারণে, এর ফলে উল্লেখযোগ্য আয়তনের পরিবর্তন হয়, এবং সেইজন্য, ফেজ পরিবর্তনের বড় তাপ সত্ত্বেও, ব্যবহারিক প্রয়োগে এগুলি খুব কমই বেছে নেওয়া হয়।
২. ফেজ পরিবর্তন সামগ্রীর প্রয়োগের ক্ষেত্র
ফেজ পরিবর্তন শক্তি সঞ্চয় উপকরণের বিকাশ ধীরে ধীরে ব্যবহারিক প্রয়োগের পর্যায়ে প্রবেশ করেছে, প্রধানত প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ, সৌর শক্তি ব্যবহার এবং শিল্প প্রতিক্রিয়া থেকে বর্জ্য তাপ সংরক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়। নিম্ন-তাপমাত্রা শক্তি সঞ্চয়স্থান প্রধানত বর্জ্য তাপ পুনরুদ্ধার, সৌর শক্তি সঞ্চয়, এবং গরম এবং শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার জন্য ব্যবহৃত হয়। উচ্চ-তাপমাত্রা শক্তি সঞ্চয়স্থান তাপ ইঞ্জিন, সৌর বিদ্যুৎ কেন্দ্র, ম্যাগনেটোহাইড্রোডাইনামিক শক্তি উৎপাদন এবং কৃত্রিম উপগ্রহে ব্যবহৃত হয়। এই উপকরণগুলিকে টেক্সটাইলে ইনজেকশন দিয়ে চমৎকার তাপ নিরোধক সহ হালকা ওজনের পোশাক তৈরি করতে পারে। এগুলি উত্তাপযুক্ত কাপ তৈরি করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে যা সাধারণ সিরামিক কাপের চেয়ে বেশি সময় ধরে তাপ ধরে রাখে। এই ফেজ পরিবর্তনের উপাদানযুক্ত অ্যাসফল্ট বা সিমেন্টের ফুটপাথগুলি রাস্তা এবং সেতুগুলিকে বরফ থেকে আটকাতে পারে। অতএব, এটির প্রকৌশল নিরোধক উপকরণ, চিকিৎসা ও স্বাস্থ্যসেবা পণ্য, মহাকাশ সরঞ্জাম, সামরিক পুনরুদ্ধার এবং দৈনন্দিন প্রয়োজনীয় জিনিসগুলিতে ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।
(I) ফার্মাসিউটিক্যাল শিল্পে ফেজ পরিবর্তন সামগ্রীর প্রয়োগ অনেক মেডিকেল ইলেকট্রনিক থেরাপিউটিক ডিভাইসের জন্য ধ্রুবক তাপমাত্রা অপারেশনের প্রয়োজন হয়, তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রিত করার জন্য তাপমাত্রা{0}}নিয়ন্ত্রিত তাপ সঞ্চয়স্থান সামগ্রী ব্যবহার করা প্রয়োজন এবং যন্ত্রগুলি অনুমোদিত সীমার মধ্যে কাজ করে তা নিশ্চিত করে৷ একটি জাপানি পেটেন্ট যন্ত্র কক্ষে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি ফেজ পরিবর্তন উপাদান হিসাবে NaSO4·10H2O এবং MgSO4·7H2O এর মিশ্রণের ব্যবহার সম্পর্কে রিপোর্ট করে, যা প্রায় 25 ডিগ্রী তাপমাত্রা বজায় রাখে। বিশেষ যন্ত্রগুলি তাদের অপারেটিং তাপমাত্রা বজায় রাখার জন্য ফেজ পরিবর্তনের উপকরণ দিয়ে তৈরি তাপ প্যাকেও আবদ্ধ করা যেতে পারে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, অভ্যন্তরীণ বাজারে এক ধরণের হিট প্যাক আবির্ভূত হয়েছে। এর ফেজ পরিবর্তনের উপাদান হল একটি হাইড্রেটেড লবণ যার ফেজ পরিবর্তনের তাপমাত্রা প্রায় 55 ডিগ্রি। একটি ধাতু শীট একটি নিউক্লিয়েশন বীজ উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়; যখন ধাতব শীটটি চেপে ধরা হয়, তখন এর পৃষ্ঠটি একটি স্ফটিক বৃদ্ধি কেন্দ্রে পরিণত হয়, যার ফলে এক্সোথার্মিক ক্রিস্টালাইজেশন হয়। কিছু প্রথাগত চীনা ওষুধের ব্যাগের সাথে মিলিত যা রক্ত সঞ্চালনকে উৎসাহিত করে, এটি একটি থেরাপিউটিক প্রভাব অর্জন করে, যা বাতজনিত আর্থ্রাইটিসের মতো রোগের চিকিৎসায় কিছু কার্যকারিতা দেখায়।
(II) ডেটা সঞ্চয়স্থানে ফেজ পরিবর্তন সামগ্রীর প্রয়োগ
PCM হল চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের উপর ভিত্তি করে একটি উচ্চ-কর্মক্ষমতা, অ-অস্থির মেমরি। এই যৌগটির একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে: যখন এটি এক পর্যায় থেকে অন্য পর্যায়ে চলে যায় তখন এর প্রতিরোধ ক্ষমতা পরিবর্তিত হয়। উপাদানের স্ফটিক পর্যায়টি একটি কম-প্রতিরোধের পর্যায়, যখন নিরাকার পর্যায়টি একটি উচ্চ-প্রতিরোধের পর্যায়। ফেজ রূপান্তর বর্তমান প্রয়োগ বা অপসারণ দ্বারা অর্জন করা হয়. ঐতিহ্যগত NAND-ভিত্তিক অ-অস্থির মেমরির বিপরীতে, PCM ডিভাইসগুলি কার্যত সীমাহীন লেখাগুলি অর্জন করতে পারে। অধিকন্তু, PCM ডিভাইসগুলি স্বল্প অ্যাক্সেস রেসপন্স টাইম, বাইট অ্যাড্রেসবিলিটি এবং র্যান্ডম রিড/রাইট ক্ষমতার মতো সুবিধাগুলি অফার করে, যা এটিকে "ভবিষ্যত{11}}পরিবর্তনকারী" প্রযুক্তি হিসাবে চিহ্নিত করা অনেক স্টোরেজ প্রযুক্তির মধ্যে একটি করে তোলে৷
2017 সালে, সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ মাইক্রোসিস্টেম অ্যান্ড ইনফরমেশন টেকনোলজির পরিচালক সং ঝিটাং-এর নেতৃত্বে একটি গবেষণা দল, নভেল ফেজ-চেঞ্জ মেমরি (পিসিএম) উপকরণে একটি বড় সাফল্য অর্জন করেছে৷ তারা উদ্ভাবনীভাবে উচ্চ-গতির পিসিএম উপকরণগুলির জন্য একটি নকশার ধারণা প্রস্তাব করেছে, যথা, নিরাকার পিসিএম ফিল্মের মধ্যে নিউক্লিয়েশনের এলোমেলোতা হ্রাস করে পিসিএম উপাদানগুলির উচ্চ গতির স্ফটিককরণ অর্জন করা। একটি 0.13µm-CMOS প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, Sc-Sb-Te-ভিত্তিক PCM ডিভাইসগুলি উচ্চ-স্পিড রিভার্সিবল রাইট-মুছে ফেলার ক্রিয়াকলাপ 700 পিকোসেকেন্ডের সাইকেল লাইফ 10⁷-এর বেশি সাইকেলে অর্জন করেছে৷ ঐতিহ্যবাহী Ge-Sb-Te ডিভাইসের তুলনায়, দশ বছর ধরে তুলনামূলক ডেটা ধারণ বজায় রেখে তাদের পাওয়ার খরচ 90% কমে গেছে। 2018 সালে, মেমরি চিপ নির্মাতা SK Hynix PCM{21}}ভিত্তিক 3D ক্রসপয়েন্ট মেমরি তৈরি করা শুরু করে। SK ব্যাখ্যা করেছেন যে SCM-এ ব্যবহৃত এই 3D ক্রসপয়েন্ট মেমরি সেলটি সালফাইড{25}ভিত্তিক PCM উপাদান থেকে তৈরি। সম্প্রতি, আইবিএম গবেষণায় দেখা গেছে যে পিসিএম-এর উপর ভিত্তি করে এনালগ চিপ ব্যবহার করে মেশিন লার্নিং ক্ষমতা হাজারগুণ ত্বরান্বিত করা যেতে পারে। একটি IBM ব্লগ প্রকাশ করেছে যে IBM পরবর্তী প্রজন্মের AI হার্ডওয়্যার বিকাশ করতে এবং AI ক্ষেত্রে PCM মেমরির প্রয়োগের সম্ভাবনা অন্বেষণ করতে একটি গবেষণা কেন্দ্র প্রতিষ্ঠা করছে৷
