फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग: Difference between revisions
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[[File:Principle of the photoelectrowetting effect.jpg|thumb|300px|फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव का सिद्धांत]]'''फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग''' घटना प्रकाश का उपयोग करके सतह (सामान्यतः एक हाइड्रोफोबिक (जलभीत) सतह) के आर्द्रीकरण गुणों का एक संशोधन है।<ref>[http://www.nature.com/srep/2011/111207/srep00184/full/srep00184.html S. Arscott, 'Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors', ''Sci. Rep.'' '''1''', 184, (2011). Scientific Reports: Nature Publishing Group.]</ref> | [[File:Principle of the photoelectrowetting effect.jpg|thumb|300px|फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव का सिद्धांत]]'''फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग''' घटना प्रकाश का उपयोग करके सतह (सामान्यतः एक हाइड्रोफोबिक (जलभीत) सतह) के आर्द्रीकरण गुणों का एक संशोधन है।<ref>[http://www.nature.com/srep/2011/111207/srep00184/full/srep00184.html S. Arscott, 'Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors', ''Sci. Rep.'' '''1''', 184, (2011). Scientific Reports: Nature Publishing Group.]</ref> | ||
== कार्य सिद्धांत == | == कार्य सिद्धांत == | ||
जबकि द्रव/अवरोधक/संवाहक स्टैक वाली सतहों में सामान्य [[इलेक्ट्रोवेटिंग]] देखी जाती है, द्रव/अवरोधक/[[ अर्धचालक |अर्धचालक]] स्टैक बनाने के लिए संवाहक को अर्धचालक के साथ बदलकर फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग देखी जा सकती है। इसमें मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (मॉस्फेट) और आवेश-युग्मित | जबकि द्रव/अवरोधक/संवाहक स्टैक वाली सतहों में सामान्य [[इलेक्ट्रोवेटिंग]] देखी जाती है, द्रव/अवरोधक/[[ अर्धचालक |अर्धचालक]] स्टैक बनाने के लिए संवाहक को अर्धचालक के साथ बदलकर फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग देखी जा सकती है। इसमें मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (मॉस्फेट) और आवेश-युग्मित उपकरण (सीसीडी) में उपयोग किए जाने वाले धातु/अवरोधक/अर्धचालक स्टैक के समान विद्युत और ऑप्टिकल गुण हैं। अर्धचालक [[डोपिंग (सेमीकंडक्टर)|डोपिंग]] प्रकार और घनत्व के आधार पर संवाहक को अर्धचालक के साथ बदलने से असममित इलेक्ट्रोवेटिंग व्यवहार ([[वोल्टेज]] ध्रुवीयता के संदर्भ में) होता है। | ||
अर्धचालक के बैंड गैप के ऊपर आपतित प्रकाश अंतर्निहित अर्धचालक के रिक्तीकरण क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल पेयर जेनरेशन के माध्यम से फोटो-प्रेरित वाहक बनाता है। इससे अवरोधक/अर्धचालक स्टैक की [[समाई]] में संशोधन होता है, जिसके परिणामस्वरूप स्टैक की सतह पर स्थिर द्रव की बूंद के [[संपर्क कोण]] में सतत विधि से संशोधन होता है जो गैर-प्रतिवर्ती भी हो सकता है।<ref>{{cite journal|title=अर्धचालकों पर इलेक्ट्रोवेटिंग|first1=Cesar|last1=Palma|first2=Robert|last2=Deegan|date=5 January 2015|journal=Applied Physics Letters|volume=106|issue=1|pages=014106|doi=10.1063/1.4905348|s2cid=15032848 |url=https://semanticscholar.org/paper/52afa00e93df5942c4cdeb27272fc8ad00ff5a9d}}</ref> फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव की व्याख्या [[थॉमस यंग (वैज्ञानिक)|यंग]]-[[गेब्रियल लिपमैन|लिपमैन]] समीकरण के संशोधन द्वारा की जा सकती है।<ref>{{cite journal|title=इलेक्ट्रोवेटिंग और अर्धचालक|first=Steve|last=Arscott|date=3 July 2014|journal=RSC Advances|volume=4|issue=55|pages = 29223|doi=10.1039/c4ra04187a}}</ref> | अर्धचालक के बैंड गैप के ऊपर आपतित प्रकाश अंतर्निहित अर्धचालक के रिक्तीकरण क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल पेयर जेनरेशन के माध्यम से फोटो-प्रेरित वाहक बनाता है। इससे अवरोधक/अर्धचालक स्टैक की [[समाई]] में संशोधन होता है, जिसके परिणामस्वरूप स्टैक की सतह पर स्थिर द्रव की बूंद के [[संपर्क कोण]] में सतत विधि से संशोधन होता है जो गैर-प्रतिवर्ती भी हो सकता है।<ref>{{cite journal|title=अर्धचालकों पर इलेक्ट्रोवेटिंग|first1=Cesar|last1=Palma|first2=Robert|last2=Deegan|date=5 January 2015|journal=Applied Physics Letters|volume=106|issue=1|pages=014106|doi=10.1063/1.4905348|s2cid=15032848 |url=https://semanticscholar.org/paper/52afa00e93df5942c4cdeb27272fc8ad00ff5a9d}}</ref> फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव की व्याख्या [[थॉमस यंग (वैज्ञानिक)|यंग]]-[[गेब्रियल लिपमैन|लिपमैन]] समीकरण के संशोधन द्वारा की जा सकती है।<ref>{{cite journal|title=इलेक्ट्रोवेटिंग और अर्धचालक|first=Steve|last=Arscott|date=3 July 2014|journal=RSC Advances|volume=4|issue=55|pages = 29223|doi=10.1039/c4ra04187a}}</ref> | ||
यह सांख्यिकीय फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव के सिद्धांत को दिखाता है। यदि अवरोधक हाइड्रोफोबिक है तो शून्य बायस (0V) पर कंडक्टिंग ड्रॉपलेट (चालक छोटी बूँद) का एक बड़ा संपर्क कोण (बाईं छवि) है। जैसे-जैसे पूर्वाग्रह बढ़ता है (पी-टाइप अर्धचालक के लिए धनात्मक, एन-टाइप अर्धचालक के लिए ऋणात्मक) छोटी बूंद फैलती है - यानी संपर्क कोण कम हो जाता है (मध्य फोटो)। प्रकाश की उपस्थिति में (अर्धचालक के बैंड गैप से बेहतर ऊर्जा होने पर), अवरोधक/अर्धचालक अंतरपटल (दायीं छवि) में | यह सांख्यिकीय फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव के सिद्धांत को दिखाता है। यदि अवरोधक हाइड्रोफोबिक है तो शून्य बायस (0V) पर कंडक्टिंग ड्रॉपलेट (चालक छोटी बूँद) का एक बड़ा संपर्क कोण (बाईं छवि) है। जैसे-जैसे पूर्वाग्रह बढ़ता है (पी-टाइप अर्धचालक के लिए धनात्मक, एन-टाइप अर्धचालक के लिए ऋणात्मक) छोटी बूंद फैलती है - यानी संपर्क कोण कम हो जाता है (मध्य फोटो)। प्रकाश की उपस्थिति में (अर्धचालक के बैंड गैप से बेहतर ऊर्जा होने पर), अवरोधक/अर्धचालक अंतरपटल (दायीं छवि) में आवरक आवेश क्षेत्र की मोटाई कम होने के कारण छोटी बूंद अधिक फैलती है। | ||
== एमईएमएस का प्रकाशीय प्रवर्तन == | == एमईएमएस का प्रकाशीय प्रवर्तन == | ||
सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) के फोटोएक्चुएशन (छविप्रवर्तक) को फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।<ref>{{cite journal|title=फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम का ऑप्टिकल एक्चुएशन|first1=Matthieu|last1=Gaudet|first2=Steve|last2=Arscott|date=28 May 2012|journal=Applied Physics Letters|volume=100|issue=22|pages=224103|doi=10.1063/1.4723569|arxiv=1201.2873|s2cid=119208424 }}</ref><ref>{{cite web|url=http://phys.org/news/2012-01-team-photoelectrowetting-circuit.html|title=Research team creates photoelectrowetting circuit}}</ref> द्रव-अवरोधक-फोटोसंवाहक जंक्शन के शीर्ष पर माइक्रोकैंटिलीवर रखा गया है। जैसा कि जंक्शन पर प्रकाश डाला जाता है, संपर्क कोण परिवर्तन के कारण, कैंटिलीवर पर छोटी बूंद से केशिका बल, कैंटिलीवर को हटा देता है। इस वायरलेस एक्चुएशन का उपयोग जटिल सर्किट-आधारित प्रणाली के विकल्प के रूप में किया जा सकता है, जो वर्तमान में ऑटोनोमस वायरलेस सेंसर के ऑप्टिकल एड्रेसिंग और नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>Yick, Jennifer, Biswanath Mukherjee, and Dipak Ghosal. "[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1389128608001254 Wireless sensor network survey.]" Computer Networks 52.12 (2008): 2292-330. Web.</ref> | सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) के फोटोएक्चुएशन (छविप्रवर्तक) को फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।<ref>{{cite journal|title=फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम का ऑप्टिकल एक्चुएशन|first1=Matthieu|last1=Gaudet|first2=Steve|last2=Arscott|date=28 May 2012|journal=Applied Physics Letters|volume=100|issue=22|pages=224103|doi=10.1063/1.4723569|arxiv=1201.2873|s2cid=119208424 }}</ref><ref>{{cite web|url=http://phys.org/news/2012-01-team-photoelectrowetting-circuit.html|title=Research team creates photoelectrowetting circuit}}</ref> द्रव-अवरोधक-फोटोसंवाहक जंक्शन के शीर्ष पर माइक्रोकैंटिलीवर रखा गया है। जैसा कि जंक्शन पर प्रकाश डाला जाता है, संपर्क कोण परिवर्तन के कारण, कैंटिलीवर पर छोटी बूंद से केशिका बल, कैंटिलीवर को हटा देता है। इस वायरलेस एक्चुएशन का उपयोग जटिल सर्किट-आधारित प्रणाली के विकल्प के रूप में किया जा सकता है, जो वर्तमान में ऑटोनोमस वायरलेस सेंसर के ऑप्टिकल एड्रेसिंग और नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>Yick, Jennifer, Biswanath Mukherjee, and Dipak Ghosal. "[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1389128608001254 Wireless sensor network survey.]" Computer Networks 52.12 (2008): 2292-330. Web.</ref> | ||
== सूक्ष्म बूंद अभिगमन == | |||
फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग [[सिलिकॉन डाइऑक्साइड]] और टेफ्लॉन-कवर सिलिकॉन वेफर पर जलीय घोल-आधारित स्थिर बूंदों को प्रसारित करने के लिए किया जा सकता है - बाद वाला हाइड्रोफोबिक सतह प्रदान करता है। बूंद के अग्रणी किनारे पर लेजर को केंद्रित करके छोटी बूंद परिवहन हासिल किया जाता है। अंतर्निहित पैटर्न वाले इलेक्ट्रोड की आवश्यकता के बिना 10 मिमी/एस से अधिक की छोटी बूंद गति प्राप्त की जा सकती है।<ref>C. Palma and R.D. Deegan "Droplet Translation Actuated by Photoelectrowetting" Langmuir 34, 3177 (2018). {{doi|10.1021/acs.langmuir.7b03340}}.</ref> | |||
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* [http://www-personal.umich.edu/~rddeegan/ The Deegan Group - University of Michigan] | * [http://www-personal.umich.edu/~rddeegan/ The Deegan Group - University of Michigan] | ||
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Latest revision as of 08:47, 15 June 2023
फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग घटना प्रकाश का उपयोग करके सतह (सामान्यतः एक हाइड्रोफोबिक (जलभीत) सतह) के आर्द्रीकरण गुणों का एक संशोधन है।[1]
कार्य सिद्धांत
जबकि द्रव/अवरोधक/संवाहक स्टैक वाली सतहों में सामान्य इलेक्ट्रोवेटिंग देखी जाती है, द्रव/अवरोधक/अर्धचालक स्टैक बनाने के लिए संवाहक को अर्धचालक के साथ बदलकर फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग देखी जा सकती है। इसमें मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (मॉस्फेट) और आवेश-युग्मित उपकरण (सीसीडी) में उपयोग किए जाने वाले धातु/अवरोधक/अर्धचालक स्टैक के समान विद्युत और ऑप्टिकल गुण हैं। अर्धचालक डोपिंग प्रकार और घनत्व के आधार पर संवाहक को अर्धचालक के साथ बदलने से असममित इलेक्ट्रोवेटिंग व्यवहार (वोल्टेज ध्रुवीयता के संदर्भ में) होता है।
अर्धचालक के बैंड गैप के ऊपर आपतित प्रकाश अंतर्निहित अर्धचालक के रिक्तीकरण क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल पेयर जेनरेशन के माध्यम से फोटो-प्रेरित वाहक बनाता है। इससे अवरोधक/अर्धचालक स्टैक की समाई में संशोधन होता है, जिसके परिणामस्वरूप स्टैक की सतह पर स्थिर द्रव की बूंद के संपर्क कोण में सतत विधि से संशोधन होता है जो गैर-प्रतिवर्ती भी हो सकता है।[2] फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव की व्याख्या यंग-लिपमैन समीकरण के संशोधन द्वारा की जा सकती है।[3]
यह सांख्यिकीय फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग प्रभाव के सिद्धांत को दिखाता है। यदि अवरोधक हाइड्रोफोबिक है तो शून्य बायस (0V) पर कंडक्टिंग ड्रॉपलेट (चालक छोटी बूँद) का एक बड़ा संपर्क कोण (बाईं छवि) है। जैसे-जैसे पूर्वाग्रह बढ़ता है (पी-टाइप अर्धचालक के लिए धनात्मक, एन-टाइप अर्धचालक के लिए ऋणात्मक) छोटी बूंद फैलती है - यानी संपर्क कोण कम हो जाता है (मध्य फोटो)। प्रकाश की उपस्थिति में (अर्धचालक के बैंड गैप से बेहतर ऊर्जा होने पर), अवरोधक/अर्धचालक अंतरपटल (दायीं छवि) में आवरक आवेश क्षेत्र की मोटाई कम होने के कारण छोटी बूंद अधिक फैलती है।
एमईएमएस का प्रकाशीय प्रवर्तन
सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) के फोटोएक्चुएशन (छविप्रवर्तक) को फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।[4][5] द्रव-अवरोधक-फोटोसंवाहक जंक्शन के शीर्ष पर माइक्रोकैंटिलीवर रखा गया है। जैसा कि जंक्शन पर प्रकाश डाला जाता है, संपर्क कोण परिवर्तन के कारण, कैंटिलीवर पर छोटी बूंद से केशिका बल, कैंटिलीवर को हटा देता है। इस वायरलेस एक्चुएशन का उपयोग जटिल सर्किट-आधारित प्रणाली के विकल्प के रूप में किया जा सकता है, जो वर्तमान में ऑटोनोमस वायरलेस सेंसर के ऑप्टिकल एड्रेसिंग और नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाता है।[6]
सूक्ष्म बूंद अभिगमन
फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग सिलिकॉन डाइऑक्साइड और टेफ्लॉन-कवर सिलिकॉन वेफर पर जलीय घोल-आधारित स्थिर बूंदों को प्रसारित करने के लिए किया जा सकता है - बाद वाला हाइड्रोफोबिक सतह प्रदान करता है। बूंद के अग्रणी किनारे पर लेजर को केंद्रित करके छोटी बूंद परिवहन हासिल किया जाता है। अंतर्निहित पैटर्न वाले इलेक्ट्रोड की आवश्यकता के बिना 10 मिमी/एस से अधिक की छोटी बूंद गति प्राप्त की जा सकती है।[7]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ S. Arscott, 'Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors', Sci. Rep. 1, 184, (2011). Scientific Reports: Nature Publishing Group.
- ↑ Palma, Cesar; Deegan, Robert (5 January 2015). "अर्धचालकों पर इलेक्ट्रोवेटिंग". Applied Physics Letters. 106 (1): 014106. doi:10.1063/1.4905348. S2CID 15032848.
- ↑ Arscott, Steve (3 July 2014). "इलेक्ट्रोवेटिंग और अर्धचालक". RSC Advances. 4 (55): 29223. doi:10.1039/c4ra04187a.
- ↑ Gaudet, Matthieu; Arscott, Steve (28 May 2012). "फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम का ऑप्टिकल एक्चुएशन". Applied Physics Letters. 100 (22): 224103. arXiv:1201.2873. doi:10.1063/1.4723569. S2CID 119208424.
- ↑ "Research team creates photoelectrowetting circuit".
- ↑ Yick, Jennifer, Biswanath Mukherjee, and Dipak Ghosal. "Wireless sensor network survey." Computer Networks 52.12 (2008): 2292-330. Web.
- ↑ C. Palma and R.D. Deegan "Droplet Translation Actuated by Photoelectrowetting" Langmuir 34, 3177 (2018). doi:10.1021/acs.langmuir.7b03340.
