प्रेरित आवेश विद्युत् बलगति: Difference between revisions
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[[इलेक्ट्रोकाइनेटिक घटनाएं]] यहां विज्ञान की एक शाखा को संदर्भित करती हैं जो लागू विद्युत क्षेत्र में आवेशित कणों की गति और प्रतिक्रिया से संबंधित होती हैं और इसके पर्यावरण पर इसका प्रभाव पड़ता है। इसे कभी-कभी गैर-रैखिक | [[इलेक्ट्रोकाइनेटिक घटनाएं|विद्युत् बलगति विज्ञान घटनाएं]] यहां विज्ञान की एक शाखा को संदर्भित करती हैं जो लागू विद्युत क्षेत्र में आवेशित कणों की गति और प्रतिक्रिया से संबंधित होती हैं और इसके पर्यावरण पर इसका प्रभाव पड़ता है। इसे कभी-कभी गैर-रैखिक विद्युत् बलगति विज्ञान घटना के रूप में भी जाना जाता है। {{citation needed|date=July 2015}} | ||
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== इतिहास == | == इतिहास == | ||
लेविच प्रेरित | लेविच प्रेरित आवेश विद्युत् बलगति विज्ञान क्षेत्र में अग्रदूतों में से एक है। <ref name="G. Levich, Physicochemical Hydrodynamics 1962"/> उन्होंने विद्युत् अपघट्य के संपर्क में एक संवाहक कण के चारों ओर विकृत सर्पण समकालन की गणना की। उन्होंने सैद्धांतिक रूप से यह भी भविष्यवाणी की थी कि बिजली अनुप्रयुक्त होने के बाद भंवर इस कण के चारों ओर प्रेरित होते हैं। | ||
== एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवर == | == एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवर == | ||
एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवरों के आकार और शक्ति का लागू विद्युत | एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवरों के आकार और शक्ति का लागू विद्युत अनुप्रयुक्त और संचालित सतह के आकार के साथ सीधा संबंध है। यह घटना प्रायोगिक और संख्यात्मक रूप से कई अध्ययनों से सिद्ध हुई है,<ref>N. I. Gamayunov, G. I. Mantrov and V. A. Murtsovkin, Investigation of the flows induced by an external electric field in the vicinity of conducting particles, Kolloidn. Zh., 54, (1992) 26-30.</ref><ref>A. S. Dukhin, Biospecific mechanism of double layer formation and peculiarities of cell electrophoresis, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Aspects, 73, (1993) 29-48.</ref><ref>''Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems'' CISM Courses and Lectures Volume 530, 2011, pp 221-297 Induced-Charge Electrokinetic Phenomena Martin Z. Bazant</ref><ref>Y. Daghighi, Y. Gao and D. Li, 3D Numerical Study of Electrokinetic Motion of Heterogeneous Particle, Electrochimica Acta, 56 (11), (2011) 4254-4262</ref> बाहरी विद्युत क्षेत्र बढ़ने और सिंकहोल उत्पन्न होने पर <ref name="DaghighiSinn2013" /> तरल पदार्थ को तेजी से परिचालित करते हुए प्रत्येक भंवर के केंद्र में भंवर बढ़ते हैं। यह प्रदर्शित किया गया है कि संवाहक सतह के आकार में वृद्धि से बड़े प्रेरित भंवर बनते हैं जो कि ज्यामिति इस वृद्धि को सीमित नहीं करती है। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
प्रेरित भंवरों में | प्रेरित भंवरों में विद्युत् बलगति विज्ञानघटना [[microfluidic|सूक्ष्मप्रवाही]] के विभिन्न पहलुओं में कई अनुप्रयोग हैं। कई सूक्ष्म-मिश्रण हैं जो सूक्ष्मप्रवाही उपकरणों में उनके प्रेरित भंवरों के अस्तित्व के आधार पर अभिकल्पित किये गए हैं। ऐसे सूक्ष्म-मिश्रण जिनका उपयोग जैव रासायनिक, चिकित्सा, जीव विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, उनमें कोई यांत्रिक भाग नहीं होता है और केवल विभिन्न द्रव धाराओं को मिलाने के लिए प्रेरित भंवर उत्पन्न करने के लिए संचालन सतहों का उपयोग करते हैं।<ref>M. Campisi, D. Accoto, F. Damiani and P. Dario, A soft-lithographed chaotic electrokinetic micromixer for efficient chemical reactions in lab-on-chips, J. of Micro-Nano Mechatronics, 5, (2009) 69-76</ref><ref>A. D. Stroock, S. K. W. Dertinger, A. Ajdari, I. Mezić, H. A. Stone and G. M. Whitesides, "Chaotic mixer for microchannels," Science, 295, (2002) 647-651</ref><ref>Y. Daghighi, and D. Li, A Novel Design of an Induced-Charge Electrokinetic Micro-Mixer, Analytica Chimica Acta, 763 (2013) 28–37</ref><ref>C. K. Harnett, J. Templeton, K. A. Dunphy-Guzman, Y. M. Senousy and M. P. Kanouff, Model based design of a microfluidic mixer driven by induced charge electroosmosis, Lab on a Chip - Miniaturisation for Chemistry and Biology, 8 (2008) pp. 565-572</ref><ref>M. Jain, A. Yeung and K. Nandakumar, Induced charge electro osmotic mixer: Obstacle shape optimization, Biomicrofluidics, 3 (2009)</ref> | ||
इसके | इस घटना का उपयोग सूक्ष्म-माध्यम के अंदर प्रवाह में अस्थिर माइक्रोन और उपमाइक्रोन कणों को फंसाने के लिए भी किया जाता है। इस पद्धति का उपयोग जैव चिकित्सा क्षेत्र में कोशिकाओं और विषाणु में क्रमभंग करने, पता लगाने, संभालने और ध्यान केंद्रित करने के लिए किया जा सकता है; या, कोलाइडयन कण समन्वायोजन के लिए किया जा सकता है। | ||
इसके अतिरिक्त एक सूक्ष्मप्रवाही प्रणाली में संचालन सतहों के आसपास प्रेरित भंवरों को दिशा और क्रमभंग को नियंत्रित करने के लिए सूक्ष्म-अभिद्वार, माइक्रो-प्रवर्तक, सूक्ष्म-मोटर और सूक्ष्म-नियामक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। | |||
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कार्बन-इस्पात के गोले (व्यास = 1.2 मिमी) के चारों ओर प्रेरित आवेश विद्युत् बलगति विज्ञानप्रवाह पतिरूप की कल्पना की। 1.90 माइक्रोन के व्यास वाले प्रतिदीप्त कणों का उपयोग करके चार प्रेरित भंवर दिखाए गए हैं। डीसी विद्युत क्षेत्र बाएं से दाएं और 40V/cm के बराबर होता है। धराशायी रेखा कण सीमा का प्रतिनिधित्व करती है। छवि को TE2000-E निकॉन माइक्रोस्कोप (सूक्ष्मद्र्शी) द्वारा t=2s पर अधिकृत किया गया है।[1]
भौतिकी में प्रेरित आवेश विद्युत् बलगति विज्ञान एक तरल विद्युत् अपघट्य में विद्युत चालित द्रव प्रवाह और कण गति है।[2] एक कक्ष/माध्यम में एक जलीय घोल के संपर्क में एक धातु कण (जो तटस्थ रूप से आवेशित है लेकिन विद्युत रूप से चालक है) पर विचार करें। यदि इस कक्ष/माध्यम के अंत में विभिन्न वोल्टेज (विद्युत संचालन शक्ति) लागू होते हैं, तो इस कक्ष/माध्यम में विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा। यह लागू विद्युत क्षेत्र इस धातु के कण से होकर पारित होता है और कण के अंदर के मुक्त आवेशों को कण की त्वचा के नीचे स्थानांतरित कर देता है। इस प्रवासन के परिणामस्वरूप, ऋणात्मक आवेश उस तरफ चला जाता है जो धनात्मक (या उच्च) वोल्टेज के करीब होता है जबकि धनात्मक आवेश कण के विपरीत दिशा में चला जाता है। प्रवाहकीय कण की त्वचा के नीचे ये आवेश जलीय विलयन के प्रति-आयनों को आकर्षित करते हैं; इस प्रकार, कण के चारों ओर द्विपरत (अंतरापृष्ठीय) (EDL) बनता है। प्रवाहकीय कण की सतह पर EDL चिह्न धनात्मक से ऋणात्मक में बदलता है और आवेशों का वितरण कण ज्यामिति के साथ बदलता रहता है। इन विविधताओं के कारण, EDL असमान है और इसके अलग-अलग संकेत हैं। इस प्रकार, कण के चारों ओर प्रेरित जीटा क्षमता, और फलस्वरूप कण की सतह पर सर्पण वेग, स्थानीय विद्युत क्षेत्र के एक कार्य के रूप में भिन्न होता है। संवाहक कण की सतह पर सर्पण वेग के परिमाण और दिशा में अंतर इस कण के चारों ओर प्रवाह पतिरूप को प्रभावित करता है और सूक्ष्म भंवरों का कारण बनता है। यासमन दघिघी और दोंगकिंग ली, ने पहली बार प्रयोगात्मक रूप से इन प्रेरित भंवरों को 40V/cm एकदिश धारा (DC) बाहरी विद्युत अनुप्रयुक्त के अंतर्गत 1.2mm व्यास वाले कार्बन-इस्पात क्षेत्र के आसपास चित्रित किया। [1] चेनहुई पेंग एट अल [3] ने प्रयोगात्मक रूप से Au वृत्त के चारों ओर विद्युत परासरणी प्रवाह (E=10mV/μm, f=1 kHz) के प्रतिरूप को दिखाया जब प्रत्यावर्ती धारा (एसी) सम्मिलित है ।
विद्युत् बलगति विज्ञान घटनाएं यहां विज्ञान की एक शाखा को संदर्भित करती हैं जो लागू विद्युत क्षेत्र में आवेशित कणों की गति और प्रतिक्रिया से संबंधित होती हैं और इसके पर्यावरण पर इसका प्रभाव पड़ता है। इसे कभी-कभी गैर-रैखिक विद्युत् बलगति विज्ञान घटना के रूप में भी जाना जाता है।[citation needed]
इतिहास
लेविच प्रेरित आवेश विद्युत् बलगति विज्ञान क्षेत्र में अग्रदूतों में से एक है। [2] उन्होंने विद्युत् अपघट्य के संपर्क में एक संवाहक कण के चारों ओर विकृत सर्पण समकालन की गणना की। उन्होंने सैद्धांतिक रूप से यह भी भविष्यवाणी की थी कि बिजली अनुप्रयुक्त होने के बाद भंवर इस कण के चारों ओर प्रेरित होते हैं।
एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवर
एक संवाहक कण के चारों ओर प्रेरित भंवरों के आकार और शक्ति का लागू विद्युत अनुप्रयुक्त और संचालित सतह के आकार के साथ सीधा संबंध है। यह घटना प्रायोगिक और संख्यात्मक रूप से कई अध्ययनों से सिद्ध हुई है,[4][5][6][7] बाहरी विद्युत क्षेत्र बढ़ने और सिंकहोल उत्पन्न होने पर [1] तरल पदार्थ को तेजी से परिचालित करते हुए प्रत्येक भंवर के केंद्र में भंवर बढ़ते हैं। यह प्रदर्शित किया गया है कि संवाहक सतह के आकार में वृद्धि से बड़े प्रेरित भंवर बनते हैं जो कि ज्यामिति इस वृद्धि को सीमित नहीं करती है।
अनुप्रयोग
प्रेरित भंवरों में विद्युत् बलगति विज्ञानघटना सूक्ष्मप्रवाही के विभिन्न पहलुओं में कई अनुप्रयोग हैं। कई सूक्ष्म-मिश्रण हैं जो सूक्ष्मप्रवाही उपकरणों में उनके प्रेरित भंवरों के अस्तित्व के आधार पर अभिकल्पित किये गए हैं। ऐसे सूक्ष्म-मिश्रण जिनका उपयोग जैव रासायनिक, चिकित्सा, जीव विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, उनमें कोई यांत्रिक भाग नहीं होता है और केवल विभिन्न द्रव धाराओं को मिलाने के लिए प्रेरित भंवर उत्पन्न करने के लिए संचालन सतहों का उपयोग करते हैं।[8][9][10][11][12]
इस घटना का उपयोग सूक्ष्म-माध्यम के अंदर प्रवाह में अस्थिर माइक्रोन और उपमाइक्रोन कणों को फंसाने के लिए भी किया जाता है। इस पद्धति का उपयोग जैव चिकित्सा क्षेत्र में कोशिकाओं और विषाणु में क्रमभंग करने, पता लगाने, संभालने और ध्यान केंद्रित करने के लिए किया जा सकता है; या, कोलाइडयन कण समन्वायोजन के लिए किया जा सकता है।
इसके अतिरिक्त एक सूक्ष्मप्रवाही प्रणाली में संचालन सतहों के आसपास प्रेरित भंवरों को दिशा और क्रमभंग को नियंत्रित करने के लिए सूक्ष्म-अभिद्वार, माइक्रो-प्रवर्तक, सूक्ष्म-मोटर और सूक्ष्म-नियामक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
यह भी देखें
- भूतल प्रभार
- विद्युत परासरण
- वैद्युतकणसंचलन
- डिफ्यूसियोफोरेसिस
- लैब-ऑन-अ-चिप
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 Daghighi, Yasaman; Sinn, Irene; Kopelman, Raoul; Li, Dongqing (2013). "विद्युत प्रवाहकीय कणों के प्रेरित-चार्ज इलेक्ट्रोकाइनेटिक गति का प्रायोगिक सत्यापन". Electrochimica Acta. 87: 270–276. doi:10.1016/j.electacta.2012.09.021. ISSN 0013-4686.
- ↑ 2.0 2.1 V. G. Levich, Physicochemical Hydrodynamics. Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, (1962)
- ↑ C. Peng, I. Lazo, S. V. Shiyanovskii, O. D. Lavrentovich , Induced-charge electro-osmosis around metal and Janus spheres in water: Patterns of flow and breaking symmetries, arXiv preprint arXiv:1411.1478, (2014)
- ↑ N. I. Gamayunov, G. I. Mantrov and V. A. Murtsovkin, Investigation of the flows induced by an external electric field in the vicinity of conducting particles, Kolloidn. Zh., 54, (1992) 26-30.
- ↑ A. S. Dukhin, Biospecific mechanism of double layer formation and peculiarities of cell electrophoresis, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Aspects, 73, (1993) 29-48.
- ↑ Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems CISM Courses and Lectures Volume 530, 2011, pp 221-297 Induced-Charge Electrokinetic Phenomena Martin Z. Bazant
- ↑ Y. Daghighi, Y. Gao and D. Li, 3D Numerical Study of Electrokinetic Motion of Heterogeneous Particle, Electrochimica Acta, 56 (11), (2011) 4254-4262
- ↑ M. Campisi, D. Accoto, F. Damiani and P. Dario, A soft-lithographed chaotic electrokinetic micromixer for efficient chemical reactions in lab-on-chips, J. of Micro-Nano Mechatronics, 5, (2009) 69-76
- ↑ A. D. Stroock, S. K. W. Dertinger, A. Ajdari, I. Mezić, H. A. Stone and G. M. Whitesides, "Chaotic mixer for microchannels," Science, 295, (2002) 647-651
- ↑ Y. Daghighi, and D. Li, A Novel Design of an Induced-Charge Electrokinetic Micro-Mixer, Analytica Chimica Acta, 763 (2013) 28–37
- ↑ C. K. Harnett, J. Templeton, K. A. Dunphy-Guzman, Y. M. Senousy and M. P. Kanouff, Model based design of a microfluidic mixer driven by induced charge electroosmosis, Lab on a Chip - Miniaturisation for Chemistry and Biology, 8 (2008) pp. 565-572
- ↑ M. Jain, A. Yeung and K. Nandakumar, Induced charge electro osmotic mixer: Obstacle shape optimization, Biomicrofluidics, 3 (2009)
