मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव: Difference between revisions
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एमआर द्रव [[ लौह द्रव |लौह द्रव]] से भिन्न होता है जिसमें छोटे कण होते हैं। एमआर द्रव कण मुख्य रूप से [[माइक्रोमीटर]]-स्केल पर होते हैं और [[एक प्रकार कि गति]] के लिए इतने अधिक [[घनत्व]] वाले होते हैं कि उन्हें निलंबित रखा जा सकता है (कम घनत्व वाले वाहक द्रव में)। फेरोफ्लुइड कण मुख्य रूप से नैनोकण होते हैं जो ब्राउनियन गति द्वारा निलंबित होते हैं और सामान्यतः सामान्य परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है। | एमआर द्रव [[ लौह द्रव |लौह द्रव]] से भिन्न होता है जिसमें छोटे कण होते हैं। एमआर द्रव कण मुख्य रूप से [[माइक्रोमीटर]]-स्केल पर होते हैं और [[एक प्रकार कि गति]] के लिए इतने अधिक [[घनत्व]] वाले होते हैं कि उन्हें निलंबित रखा जा सकता है (कम घनत्व वाले वाहक द्रव में)। फेरोफ्लुइड कण मुख्य रूप से नैनोकण होते हैं जो ब्राउनियन गति द्वारा निलंबित होते हैं और सामान्यतः सामान्य परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है। | ||
'''परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।''' | '''परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।त नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।''' | ||
==यह कैसे काम करता है== | ==यह कैसे काम करता है== | ||
चुंबकीय कण, जो सामान्यतः [[माइक्रोमीटर (इकाई)]] या [[नैनोमीटर]] पैमाने के गोले या दीर्घवृत्त होते हैं, वाहक तेल के | चुंबकीय कण, जो सामान्यतः [[माइक्रोमीटर (इकाई)]] या [[नैनोमीटर]] पैमाने के गोले या दीर्घवृत्त होते हैं, वाहक तेल के अंदर निलंबित होते हैं और सामान्य परिस्थितियों में निलंबन में यादृच्छिक रूप से वितरित होते हैं, जैसा कि नीचे दिया गया है। | ||
[[Image:smart fluid off state.jpg]] | [[Image:smart fluid off state.jpg]]चूँकि, जब चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त किया जाता है, तो सूक्ष्म कण (सामान्यतः 0.1-10 µm रेंज में) [[चुंबकीय प्रवाह]] की रेखाओं के साथ खुद को संरेखित करते हैं,<ref>{{Cite journal|last1=Unuh|first1=Mohd Hishamuddin|last2=Muhamad|first2=Pauziah|year=2020|title=मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों की तैयारी विधि और चुनौतियों की एक संक्षिप्त समीक्षा|url=http://akademiabaru.com/submit/index.php/arms/article/view/2316|journal=Journal of Advanced Research in Material Science|publisher=Akademia Baru Publishing|volume=74|issue=1|pages=1–18|doi=10.37934/arms.74.1.118|issn=2289-7992|doi-access=free}}</ref> नीचे देखें। | ||
[[Image:smart fluid on state.jpg]] | [[Image:smart fluid on state.jpg]] | ||
==भौतिक व्यवहार== | ==भौतिक व्यवहार== | ||
एमआर तरल पदार्थ के व्यवहार को समझने और भविष्यवाणी करने के लिए तरल पदार्थ को गणितीय रूप से मॉडल करना आवश्यक है, यह कार्य अलग-अलग भौतिक गुणों (जैसे [[उपज तनाव|उपज दबाव]]) के कारण थोड़ा जटिल है। | एमआर तरल पदार्थ के व्यवहार को समझने और भविष्यवाणी करने के लिए तरल पदार्थ को गणितीय रूप से मॉडल करना आवश्यक है, यह कार्य अलग-अलग भौतिक गुणों (जैसे [[उपज तनाव|उपज दबाव]]) के कारण थोड़ा जटिल है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, स्मार्ट तरल पदार्थ ऐसे होते हैं जिनमें प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में उनकी चिपचिपाहट कम होती है, किंतु ऐसे क्षेत्र के अनुप्रयोग के साथ वे अर्ध-ठोस हो जाते हैं। एमआर तरल पदार्थ (और [[इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव]] पदार्थ) की स्थितियों में, तरल पदार्थ वास्तव में ठोस के बराबर गुणों को ग्रहण करता है जब सक्रिय (चालू) अवस्था में होता है, उपज के बिंदु तक (अपरुपण दबाव जिसके ऊपर अपरुपण होती है)। यह उपज दबाव (सामान्यतः स्पष्ट उपज दबाव के रूप में जाना जाता है) तरल पदार्थ पर प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर है, किंतु अधिकतम बिंदु तक पहुंच जाएगा जिसके बाद चुंबकीय प्रवाह घनत्व में वृद्धि का कोई और प्रभाव नहीं पड़ता है, क्योंकि तरल तब चुंबकीय रूप से संतृप्त होता है। इस प्रकार एमआर द्रव के व्यवहार को [[बिंघम प्लास्टिक]] के समान माना जा सकता है, सामग्री मॉडल जिसकी अच्छी तरह से जांच की गई है। | ||
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, स्मार्ट तरल पदार्थ ऐसे होते हैं जिनमें | |||
चूँकि, एमआर द्रव बिंघम प्लास्टिक की विशेषताओं का स्पष्ट रूप से पालन नहीं करता है। उदाहरण के लिए, उपज दबाव के नीचे (सक्रिय या अवस्था में), द्रव विस्कोलेस्टिक सामग्री के रूप में व्यवहार करता है, जिसका निरपेक्ष मान चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता पर निर्भर माना जाता है। एमआर तरल पदार्थ को अपरुपण के पतलेपन के अधीन भी माना जाता है, जिससे उपज के ऊपर की चिपचिपाहट अपरुपण दर में वृद्धि के साथ कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, बंद अवस्था में एमआर तरल पदार्थ का व्यवहार भी गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ और तापमान पर निर्भर होता है, चूँकि यह इतना कम विचलन करता है कि तरल पदार्थ को अंततः सरल विश्लेषण के लिए बिंगहैम प्लास्टिक माना जा सकता है। | |||
इस प्रकार | इस प्रकार अपरुपण मोड में एमआर द्रव व्यवहार का हमारा मॉडल बन जाता है: | ||
:<math>\tau =\tau_y(H) + \eta\frac{dv}{dz}, \tau>\tau_y</math> | :<math>\tau =\tau_y(H) + \eta\frac{dv}{dz}, \tau>\tau_y</math> | ||
जहाँ <math>\tau</math> = अपरुपण दबाव; <math>\tau_y</math> = उपज दबाव; <math>H</math> = चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता <math>\eta</math> = न्यूटोनियन श्यानता; <math>\frac{dv}{dz}</math> z-दिशा में वेग प्रवणता है। | |||
=== [[कतरनी ताकत]] === | === [[कतरनी ताकत|अपरुपण ताकत]] === | ||
कम | कम अपरुपण ताकत अनुप्रयोगों की सीमित सीमा का प्राथमिक कारण रही है। बाहरी दबाव की अनुपस्थिति में अधिकतम अपरुपण शक्ति लगभग 100 kPa है। यदि द्रव को चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में संपीड़ित किया जाता है और संपीड़न दबाव 2 एमपीए है, तो अपरुपण ताकत 1100 केपीए तक बढ़ जाती है।<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2008SPIE.7130E..94W "Mechanical properties of magnetorheological fluids under squeeze-shear mode" by Wang, Hong-yun; Zheng, Hui-qiang; Li, Yong-xian; Lu, Shuang]</ref> यदि मानक चुंबकीय कणों को लंबे चुंबकीय कणों से बदल दिया जाता है, तो अपरुपण ताकत में भी सुधार होता है।<ref>[https://archive.today/20130105064549/http://www3.interscience.wiley.com/journal/122380920/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 "Physical Properties of Elongated Magnetic Particles" by Fernando Vereda, Juan de Vicente, Roque Hidalgo-Álvarez]</ref> | ||
=== कण अवसादन === | === कण अवसादन === | ||
कणों और उनके वाहक द्रव के बीच अंतर्निहित घनत्व अंतर के कारण फेरोकण समय के साथ निलंबन से बाहर निकल जाते हैं। ऐसा होने की दर और डिग्री एमआर डिवाइस को | कणों और उनके वाहक द्रव के बीच अंतर्निहित घनत्व अंतर के कारण फेरोकण समय के साथ निलंबन से बाहर निकल जाते हैं। ऐसा होने की दर और डिग्री एमआर डिवाइस को प्रयुक्त या डिजाइन करते समय उद्योग में विचार की जाने वाली प्राथमिक विशेषताओं में से एक है। इस प्रभाव को ऑफसेट करने के लिए सामान्यतः [[पृष्ठसक्रियकारक]] का उपयोग किया जाता है, किंतु द्रव की चुंबकीय संतृप्ति की कीमत पर, और इस प्रकार इसकी सक्रिय अवस्था में अधिकतम उपज दबाव प्रदर्शित होता है। | ||
=== सामान्य एमआर द्रव सर्फेक्टेंट === | === सामान्य एमआर द्रव सर्फेक्टेंट === | ||
एमआर तरल पदार्थों में अक्सर सर्फेक्टेंट शामिल होते हैं, | एमआर तरल पदार्थों में अक्सर सर्फेक्टेंट शामिल होते हैं, किंतु इन्हीं तक सीमित नहीं हैं:<ref>{{Cite journal|last1=Unuh|first1=Mohd Hishamuddin|last2=Muhamad|first2=Pauziah|last3=Waziralilah|first3=Nur Fathiah|last4=Amran|first4=Mohamad Hafiz|year=2019|title=गैस क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीसीएमएस) का उपयोग करके वाहन स्मार्ट द्रव का लक्षण वर्णन|url=http://www.akademiabaru.com/doc/ARFMTSV55_N2_P240_248.pdf|journal=Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences|publisher=Penerbit Akademia Baru|volume=55|issue=2|pages=240–248|issn=2289-7879}}</ref> | ||
* [[तेज़ाब तैल]] | * [[तेज़ाब तैल]] | ||
* [[टेट्रामिथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड]] | * [[टेट्रामिथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड]] | ||
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* [[मैं लेसिथिन हूँ]] | * [[मैं लेसिथिन हूँ]] | ||
ये सर्फेक्टेंट फेरोपार्टिकल्स के जमने की दर को कम करने का काम करते हैं, जिनमें से उच्च दर एमआर तरल पदार्थों की प्रतिकूल विशेषता है। आदर्श एमआर द्रव कभी स्थिर नहीं होगा, | ये सर्फेक्टेंट फेरोपार्टिकल्स के जमने की दर को कम करने का काम करते हैं, जिनमें से उच्च दर एमआर तरल पदार्थों की प्रतिकूल विशेषता है। आदर्श एमआर द्रव कभी स्थिर नहीं होगा, किंतु भौतिकी के नियमों की हमारी वर्तमान समझ के अनुसार इस आदर्श द्रव को विकसित करना [[सतत गति मशीन]] विकसित करने जितना ही असंभव है। सर्फेक्टेंट-सहायता प्राप्त लंबे समय तक निपटान सामान्यतः दो तरीकों में से एक में प्राप्त किया जाता है: सर्फेक्टेंट के अतिरिक्त, और गोलाकार फेरोमैग्नेटिक नैनोकणों के अतिरिक्त। नैनोकणों के जुड़ने से बड़े कण लंबे समय तक निलंबित रहते हैं क्योंकि गैर-सेटलिंग नैनोकण ब्राउनियन गति के कारण बड़े माइक्रोमीटर-स्केल कणों के निपटान में हस्तक्षेप करते हैं। सर्फेक्टेंट के जुड़ने से फेरोकणों के चारों ओर [[मिसेल]] बनने लगते हैं। सर्फेक्टेंट में रासायनिक ध्रुवीयता वाला सिर और गैर-ध्रुवीय पूंछ (या इसके विपरीत) होता है, जिसमें से एक फेरोपार्टिकल में सोख लेता है, जबकि गैर-ध्रुवीय पूंछ (या ध्रुवीय सिर) वाहक माध्यम में चिपक जाती है, जिससे उलटा या नियमित मिसेल बनता है , क्रमशः, कण के चारों ओर। इससे प्रभावी कण व्यास बढ़ जाता है। [[स्थैतिक प्रभाव]] प्रतिकर्षण तब उनकी व्यवस्थित अवस्था में कणों के भारी संचय को रोकता है, जिससे द्रव रीमिक्सिंग (कण पुनर्वितरण) बहुत तेजी से और कम प्रयास के साथ होता है। उदाहरण के लिए, [[मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर्स]] चक्र के अंदर सर्फेक्टेंट एडिटिव के साथ रीमिक्स करेंगे, किंतु उनके बिना रीमिक्स करना लगभग असंभव है। | ||
जबकि सर्फेक्टेंट एमआर तरल पदार्थों में निपटान दर को बढ़ाने में उपयोगी होते हैं, वे तरल पदार्थ के चुंबकीय गुणों (विशेष रूप से, चुंबकीय संतृप्ति) के लिए हानिकारक भी साबित होते हैं, जो सामान्यतः पैरामीटर है जिसे उपयोगकर्ता अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव को बढ़ाने के लिए अधिकतम करना चाहते हैं। चाहे एंटी-सेटलिंग एडिटिव नैनोस्फीयर-आधारित या सर्फैक्टेंट-आधारित हो, उनके संयोजन से सक्रिय अवस्था में फेरोपार्टिकल्स की पैकिंग घनत्व कम हो जाती है, इस प्रकार तरल पदार्थ की ऑन-स्टेट/सक्रिय चिपचिपाहट कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप कम सक्रिय तरल पदार्थ होता है अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव। जबकि ऑन-स्टेट चिपचिपाहट (सक्रिय तरल पदार्थ की कठोरता) भी कई एमआर तरल अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक चिंता का विषय है, यह उनके अधिकांश वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक तरल संपत्ति है और इसलिए इस पर विचार करते समय समझौता किया जाना चाहिए। -स्थिर चिपचिपाहट, अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव, और एमआर तरल पदार्थ की निपटान दर। | जबकि सर्फेक्टेंट एमआर तरल पदार्थों में निपटान दर को बढ़ाने में उपयोगी होते हैं, वे तरल पदार्थ के चुंबकीय गुणों (विशेष रूप से, चुंबकीय संतृप्ति) के लिए हानिकारक भी साबित होते हैं, जो सामान्यतः पैरामीटर है जिसे उपयोगकर्ता अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव को बढ़ाने के लिए अधिकतम करना चाहते हैं। चाहे एंटी-सेटलिंग एडिटिव नैनोस्फीयर-आधारित या सर्फैक्टेंट-आधारित हो, उनके संयोजन से सक्रिय अवस्था में फेरोपार्टिकल्स की पैकिंग घनत्व कम हो जाती है, इस प्रकार तरल पदार्थ की ऑन-स्टेट/सक्रिय चिपचिपाहट कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप कम सक्रिय तरल पदार्थ होता है अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव। जबकि ऑन-स्टेट चिपचिपाहट (सक्रिय तरल पदार्थ की कठोरता) भी कई एमआर तरल अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक चिंता का विषय है, यह उनके अधिकांश वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक तरल संपत्ति है और इसलिए इस पर विचार करते समय समझौता किया जाना चाहिए। -स्थिर चिपचिपाहट, अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव, और एमआर तरल पदार्थ की निपटान दर। | ||
==संचालन के तरीके और अनुप्रयोग== | ==संचालन के तरीके और अनुप्रयोग== | ||
एमआर द्रव का उपयोग ऑपरेशन के तीन मुख्य तरीकों में से एक में किया जाता है, ये प्रवाह मोड, | एमआर द्रव का उपयोग ऑपरेशन के तीन मुख्य तरीकों में से एक में किया जाता है, ये प्रवाह मोड, अपरुपण मोड और निचोड़-प्रवाह मोड हैं। इन विधियों में क्रमशः दो स्थिर प्लेटों के बीच दबाव प्रवणता के परिणामस्वरूप तरल पदार्थ का प्रवाह शामिल होता है; एक दूसरे के सापेक्ष गतिमान दो प्लेटों के बीच का तरल पदार्थ; और दो प्लेटों के बीच का तरल पदार्थ उनके तल के लंबवत दिशा में घूम रहा है। सभी मामलों में चुंबकीय क्षेत्र प्लेटों के तल के लंबवत होता है, ताकि प्लेटों के समानांतर दिशा में तरल पदार्थ को प्रतिबंधित किया जा सके। | ||
===फ्लो मोड (a.k.a. वाल्व मोड)=== | ===फ्लो मोड (a.k.a. वाल्व मोड)=== | ||
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[[Image:mr fluid flowmode.jpg]] | [[Image:mr fluid flowmode.jpg]] | ||
=== | ===अपरुपण मोड=== | ||
[[Image:mr fluid shearmode.jpg]] | [[Image:mr fluid shearmode.jpg]] | ||
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===निचोड़-प्रवाह मोड=== | ===निचोड़-प्रवाह मोड=== | ||
[[Image:mr fluid squeezeflowmode.jpg]]इन विभिन्न विधाओं के अनुप्रयोग असंख्य हैं। प्रवाह मोड का उपयोग डैम्पर्स और शॉक अवशोषक में किया जा सकता है, चैनलों के माध्यम से तरल पदार्थ को नियंत्रित करने के लिए आंदोलन का उपयोग करके, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र | [[Image:mr fluid squeezeflowmode.jpg]]इन विभिन्न विधाओं के अनुप्रयोग असंख्य हैं। प्रवाह मोड का उपयोग डैम्पर्स और शॉक अवशोषक में किया जा सकता है, चैनलों के माध्यम से तरल पदार्थ को नियंत्रित करने के लिए आंदोलन का उपयोग करके, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त होता है। शियर मोड क्लच और ब्रेक में विशेष रूप से उपयोगी है - उन स्थानों पर जहां घूर्णी गति को नियंत्रित किया जाना चाहिए। दूसरी ओर, स्क्वीज़-फ्लो मोड, छोटे, मिलीमीटर-ऑर्डर आंदोलनों को नियंत्रित करने वाले किंतु बड़ी ताकतों को शामिल करने वाले अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त है। इस विशेष प्रवाह मोड में अब तक सबसे कम जांच देखी गई है। | ||
कुल मिलाकर, ऑपरेशन के इन तीन तरीकों के बीच, एमआर तरल पदार्थ को अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में सफलतापूर्वक | कुल मिलाकर, ऑपरेशन के इन तीन तरीकों के बीच, एमआर तरल पदार्थ को अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में सफलतापूर्वक प्रयुक्त किया जा सकता है। चूँकि, कुछ सीमाएँ मौजूद हैं जिनका उल्लेख यहाँ करना आवश्यक है। | ||
==सीमाएँ== | ==सीमाएँ== | ||
चूँकि स्मार्ट तरल पदार्थों को कई संभावित अनुप्रयोगों के रूप में देखा जाता है, वे निम्नलिखित कारणों से व्यावसायिक व्यवहार्यता में सीमित हैं: | |||
* लोहे की उपस्थिति के कारण उच्च घनत्व इन्हें भारी बनाता है। | * लोहे की उपस्थिति के कारण उच्च घनत्व इन्हें भारी बनाता है। चूँकि, परिचालन की मात्रा छोटी है, इसलिए चूँकि यह समस्या है, किंतु इसे दूर करना असंभव नहीं है। | ||
* उच्च गुणवत्ता वाले तरल पदार्थ महंगे हैं। | * उच्च गुणवत्ता वाले तरल पदार्थ महंगे हैं। | ||
* लंबे समय तक उपयोग के बाद तरल पदार्थ गाढ़े हो जाते हैं और उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है। | * लंबे समय तक उपयोग के बाद तरल पदार्थ गाढ़े हो जाते हैं और उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है। | ||
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* अत्यधिक उच्च/निम्न तापमान पर काम नहीं कर सकता | * अत्यधिक उच्च/निम्न तापमान पर काम नहीं कर सकता | ||
जैसा कि उल्लेख किया गया है, वाणिज्यिक अनुप्रयोग मौजूद हैं, | जैसा कि उल्लेख किया गया है, वाणिज्यिक अनुप्रयोग मौजूद हैं, किंतु जब तक ये समस्याएं (विशेष रूप से लागत) दूर नहीं हो जातीं, तब तक इनकी संख्या कम ही रहेगी। | ||
==2000 के दशक में प्रगति== | ==2000 के दशक में प्रगति== | ||
2000 के दशक के उत्तरार्ध में प्रकाशित अध्ययन, जो लौहचुंबकीय कणों के पहलू अनुपात में बदलाव के प्रभाव का पता लगाते हैं, ने पारंपरिक एमआर तरल पदार्थों की तुलना में कई सुधार दिखाए हैं। नैनोवायर-आधारित तरल पदार्थ तीन महीने की अवधि में गुणात्मक अवलोकन के बाद कोई अवसादन नहीं दिखाते हैं। इस अवलोकन को गोले की तुलना में तारों की कम समरूपता के साथ-साथ अवशेष चुंबकत्व द्वारा एक साथ रखे गए नैनोवायर जाली की संरचनात्मक रूप से सहायक प्रकृति के कारण कम क्लोज-पैकिंग घनत्व के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।<ref>[http://iopscience.iop.org/0964-1726/17/1/015028 “Magnetorheology of submicron diameter iron microwires dispersed in silicone oil.” R.C. Bell, J.O. Karli, A.N. Vavereck, D.T. Zimmerman. Smart Materials and Structures, 17 (2008) 015028.]</ref><ref>[http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217979207045979 “Influence of particle shape on the properties of magnetorheological fluids.” R.C. Bell, E.D. Miller, J.O. Karli, A.N. Vavereck, D.T. Zimmerman. Journal of Modern Physics B. Vol. 21, No. 28 & 29 (2007) 5018-5025.]</ref> इसके | 2000 के दशक के उत्तरार्ध में प्रकाशित अध्ययन, जो लौहचुंबकीय कणों के पहलू अनुपात में बदलाव के प्रभाव का पता लगाते हैं, ने पारंपरिक एमआर तरल पदार्थों की तुलना में कई सुधार दिखाए हैं। नैनोवायर-आधारित तरल पदार्थ तीन महीने की अवधि में गुणात्मक अवलोकन के बाद कोई अवसादन नहीं दिखाते हैं। इस अवलोकन को गोले की तुलना में तारों की कम समरूपता के साथ-साथ अवशेष चुंबकत्व द्वारा एक साथ रखे गए नैनोवायर जाली की संरचनात्मक रूप से सहायक प्रकृति के कारण कम क्लोज-पैकिंग घनत्व के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।<ref>[http://iopscience.iop.org/0964-1726/17/1/015028 “Magnetorheology of submicron diameter iron microwires dispersed in silicone oil.” R.C. Bell, J.O. Karli, A.N. Vavereck, D.T. Zimmerman. Smart Materials and Structures, 17 (2008) 015028.]</ref><ref>[http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217979207045979 “Influence of particle shape on the properties of magnetorheological fluids.” R.C. Bell, E.D. Miller, J.O. Karli, A.N. Vavereck, D.T. Zimmerman. Journal of Modern Physics B. Vol. 21, No. 28 & 29 (2007) 5018-5025.]</ref> इसके अतिरिक्त, वे पारंपरिक गोले- या दीर्घवृत्त-आधारित तरल पदार्थों की तुलना में कणों की लोडिंग की अलग सीमा (सामान्यतः या तो मात्रा या वजन अंश में मापा जाता है) दिखाते हैं। पारंपरिक वाणिज्यिक तरल पदार्थ 30 से 90 wt% की सामान्य लोडिंग प्रदर्शित करते हैं, जबकि नैनोवायर-आधारित तरल पदार्थ ~0.5 wt% (पहलू अनुपात के आधार पर) की अंतःस्राव सीमा दिखाते हैं।<ref>[https://archive.today/20130223192050/http://apl.aip.org/resource/1/applab/v95/i1/p014102_s1?bypassSSO=1 “Elastic percolation transition in nanowire-based magnetorheological fluids.” D.T. Zimmerman, R.C. Bell, J.O. Karli, J.A. Filer, N.M. Wereley, Applied Physics Letters, 95 (2009) 014102.]</ref> वे ~35 wt% की अधिकतम लोडिंग भी दिखाते हैं, क्योंकि उच्च पहलू अनुपात वाले कण प्रति कण बड़े बहिष्कृत आयतन के साथ-साथ अंतर-कण उलझाव को प्रदर्शित करते हैं क्योंकि वे एंड-ओवर-एंड को घुमाने का प्रयास करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हाई ऑफ द्वारा सीमा लगाई जाती है। - तरल पदार्थ की स्पष्ट चिपचिपाहट बताएं। लोडिंग की यह श्रृंखला सुझाव देती है कि अनुप्रयोगों का नया सेट संभव है जो पारंपरिक क्षेत्र-आधारित तरल पदार्थों के साथ संभव नहीं हो सकता है। | ||
नए अध्ययनों ने डिमॉर्फिक मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया है, जो पारंपरिक क्षेत्र-आधारित तरल पदार्थ हैं जिनमें गोले का अंश, सामान्यतः 2 से 8 wt%, नैनोवायरों से बदल दिया जाता है। ये तरल पदार्थ पारंपरिक तरल पदार्थों की तुलना में बहुत कम अवसादन दर प्रदर्शित करते हैं, फिर भी पारंपरिक वाणिज्यिक तरल पदार्थों के समान लोडिंग की सीमा प्रदर्शित करते हैं, जिससे वे मौजूदा उच्च-बल अनुप्रयोगों जैसे भिगोना में भी उपयोगी हो जाते हैं। इसके | नए अध्ययनों ने डिमॉर्फिक मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया है, जो पारंपरिक क्षेत्र-आधारित तरल पदार्थ हैं जिनमें गोले का अंश, सामान्यतः 2 से 8 wt%, नैनोवायरों से बदल दिया जाता है। ये तरल पदार्थ पारंपरिक तरल पदार्थों की तुलना में बहुत कम अवसादन दर प्रदर्शित करते हैं, फिर भी पारंपरिक वाणिज्यिक तरल पदार्थों के समान लोडिंग की सीमा प्रदर्शित करते हैं, जिससे वे मौजूदा उच्च-बल अनुप्रयोगों जैसे भिगोना में भी उपयोगी हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, वे कण प्रतिस्थापन की मात्रा में 10% के स्पष्ट उपज दबाव में सुधार भी प्रदर्शित करते हैं।<ref>[http://iopscience.iop.org/0964-1726/17/4/045022/ “Dimorphic magnetorheological fluids: exploiting partial substitution of micro-spheres by micro-wires.” G.T. Ngatu, N.M. Wereley, J.O. Karli, R.C. Bell. Smart Materials and Structures, 17 (2008) 045022.]</ref> | ||
मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के प्रदर्शन को बढ़ाने का दूसरा तरीका उन पर दबाव डालना है। विशेष रूप से उपज शक्ति के संदर्भ में गुणों को | मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के प्रदर्शन को बढ़ाने का दूसरा तरीका उन पर दबाव डालना है। विशेष रूप से उपज शक्ति के संदर्भ में गुणों को अपरुपण मोड में दस गुना तक बढ़ाया जा सकता है<ref>[http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v96/i4/p2359_s1, "Study on the mechanism of the squeeze-strengthen effect in magnetorheological fluids " X. Z. Zhang, X. L. Gong, P. Q. Zhang, and Q. M. Wang, J. Appl. Phys. 96, 2359 (2004).]{{Dead link|date=March 2020 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> और प्रवाह मोड में पाँच गुना तक।<ref>[https://dx.doi.org/10.1115/1.4007257 A. Spaggiari, E. Dragoni "Effect of Pressure on the Flow Properties of Magnetorheological Fluids" J. Fluids Eng. Volume 134, Issue 9, 091103 (2012).]</ref> इस व्यवहार की प्रेरणा फेरोमैग्नेटिक कणों के घर्षण में वृद्धि है, जैसा कि झांग एट अल द्वारा अर्ध-अनुभवजन्य मैग्नेटो-ट्राइबोलॉजिकल मॉडल द्वारा वर्णित है। भले ही दबाव प्रयुक्त करने से मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के व्यवहार में दृढ़ता से सुधार होता है, उपयोग की जाने वाली सीलिंग प्रणाली के यांत्रिक प्रतिरोध और रासायनिक अनुकूलता के संदर्भ में विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। | ||
==अनुप्रयोग== | ==अनुप्रयोग== | ||
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विभिन्न अनुप्रयोगों के [[मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर]]्स का विकास किया गया है और जारी है। इन डैम्पर्स का उपयोग मुख्य रूप से भारी उद्योग में भारी मोटर डैम्पिंग, निर्माण वाहनों में ऑपरेटर सीट/कैब डैम्पिंग आदि अनुप्रयोगों के साथ किया जाता है। | विभिन्न अनुप्रयोगों के [[मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर]]्स का विकास किया गया है और जारी है। इन डैम्पर्स का उपयोग मुख्य रूप से भारी उद्योग में भारी मोटर डैम्पिंग, निर्माण वाहनों में ऑपरेटर सीट/कैब डैम्पिंग आदि अनुप्रयोगों के साथ किया जाता है। | ||
2006 तक, सामग्री वैज्ञानिक और मैकेनिकल इंजीनियर स्टैंड-अलोन [[भूकंप]]ीय डैम्पर्स विकसित करने के लिए सहयोग कर रहे हैं, जो किसी इमारत के | 2006 तक, सामग्री वैज्ञानिक और मैकेनिकल इंजीनियर स्टैंड-अलोन [[भूकंप]]ीय डैम्पर्स विकसित करने के लिए सहयोग कर रहे हैं, जो किसी इमारत के अंदर कहीं भी रखे जाने पर, इमारत की प्रतिध्वनि के अंदर काम करेंगे, संरचना के अंदर हानिकारक सदमे तरंगों और [[दोलनों]] को अवशोषित करेंगे, जिससे इन डैम्पर्स को क्षमता मिलेगी। किसी भी इमारत को भूकंपरोधी या कम से कम भूकंपरोधी बनाएं।<ref>[http://science.howstuffworks.com/smart-structure1.htm HowStuffWorks "How Smart Structures Will Work"<!-- Bot generated title -->]</ref> | ||
===सैन्य और रक्षा=== | ===सैन्य और रक्षा=== | ||
अमेरिकी सेना अनुसंधान कार्यालय वर्तमान में शरीर के कवच को बढ़ाने के लिए एमआर तरल पदार्थ का उपयोग करने पर अनुसंधान को वित्त पोषित कर रहा है। 2003 में, शोधकर्ताओं ने कहा कि वे द्रव गोली को प्रतिरोधी बनाने से पाँच से दस साल दूर थे।<ref>[http://www.sciencentral.com/articles/view.php3?article_id=218392121 Instant Armor: Science Videos - Science News - ScienCentral<!-- Bot generated title -->]</ref> इसके | अमेरिकी सेना अनुसंधान कार्यालय वर्तमान में शरीर के कवच को बढ़ाने के लिए एमआर तरल पदार्थ का उपयोग करने पर अनुसंधान को वित्त पोषित कर रहा है। 2003 में, शोधकर्ताओं ने कहा कि वे द्रव गोली को प्रतिरोधी बनाने से पाँच से दस साल दूर थे।<ref>[http://www.sciencentral.com/articles/view.php3?article_id=218392121 Instant Armor: Science Videos - Science News - ScienCentral<!-- Bot generated title -->]</ref> इसके अतिरिक्त, एचएमएमडब्ल्यूवी और विभिन्न अन्य ऑल-टेरेन वाहन गतिशील एमआर शॉक अवशोषक और/या डैम्पर्स का उपयोग करते हैं। | ||
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कंपनी XeelTech अपने HAPTICORE [[ घूमने वाला बटन |घूमने वाला बटन]] की Haptic तकनीक उत्पन्न करने के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ का उपयोग करती है। एमआर एक्चुएटर्स को मुख्य रूप से [[प्रयोक्ता इंटरफ़ेस]] डिज़ाइन में नई संभावनाओं को सक्षम करने के लिए अनुकूली हैप्टिक फीडबैक के साथ इनपुट डिवाइस के रूप में उपयोग किया जाता है। HAPTICORE तकनीक लघु MR ब्रेक की तरह कार्य करती है। रोटरी नॉब के अंदर छोटे विद्युत चुंबक द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर, बाहरी आवरण और स्टेटर के बीच घर्षण को इस तरह से संशोधित किया जाता है कि उपयोगकर्ता ब्रेकिंग प्रभाव को हैप्टिक फीडबैक के रूप में मानता है। | कंपनी XeelTech अपने HAPTICORE [[ घूमने वाला बटन |घूमने वाला बटन]] की Haptic तकनीक उत्पन्न करने के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ का उपयोग करती है। एमआर एक्चुएटर्स को मुख्य रूप से [[प्रयोक्ता इंटरफ़ेस]] डिज़ाइन में नई संभावनाओं को सक्षम करने के लिए अनुकूली हैप्टिक फीडबैक के साथ इनपुट डिवाइस के रूप में उपयोग किया जाता है। HAPTICORE तकनीक लघु MR ब्रेक की तरह कार्य करती है। रोटरी नॉब के अंदर छोटे विद्युत चुंबक द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर, बाहरी आवरण और स्टेटर के बीच घर्षण को इस तरह से संशोधित किया जाता है कि उपयोगकर्ता ब्रेकिंग प्रभाव को हैप्टिक फीडबैक के रूप में मानता है। | ||
वास्तविक समय में द्रव की रियोलॉजिकल स्थिति को संशोधित करके, विभिन्न प्रकार के यांत्रिक [[नियंत्रण घुंडी]] और [[कैम स्विच]] हैप्टिक पैटर्न जैसे टिक, ग्रिड और बाधाओं या सीमाओं का अनुकरण किया जा सकता है। इसके | वास्तविक समय में द्रव की रियोलॉजिकल स्थिति को संशोधित करके, विभिन्न प्रकार के यांत्रिक [[नियंत्रण घुंडी]] और [[कैम स्विच]] हैप्टिक पैटर्न जैसे टिक, ग्रिड और बाधाओं या सीमाओं का अनुकरण किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, हैप्टिक फीडबैक के नए रूप उत्पन्न करना भी संभव है, जैसे गति-अनुकूली और दिशा-निर्भर हैप्टिक फीडबैक मोड। इस तकनीक का उपयोग, उदाहरण के लिए, औद्योगिक उपकरण, [[घरेलू उपकरण]] या [[ परिधीय |परिधीय]] के [[यूजर इंटरफ़ेस डिज़ाइन]] किया जाता है। <ref>[https://www.xeeltech.com/hapticore/technology/ XeelTech GmbH (2023). "HAPTICORE Technology – Next generation haptic knob with programmable haptic force feedback"]</ref> | ||
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*स्मार्ट तरल पदार्थ | *स्मार्ट तरल पदार्थ |
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मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव पदार्थ (एमआर तरल पदार्थ, या एमआरएफ) वाहक तरल पदार्थ में एक प्रकार का स्मार्ट तरल पदार्थ है, जो सामान्यतः एक प्रकार का तेल होता है। जब चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आता है, तो तरल पदार्थ अपनी स्पष्ट चिपचिपाहट को अधिक सीमा तक बढ़ा देता है, इस सीमा तक कि वह विस्कोइलास्टिक ठोस बन जाता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि सक्रिय (चालू) अवस्था में होने पर तरल पदार्थ का उपज दबाव चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को अलग-अलग करके बहुत स्पष्ट रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। परिणाम यह है कि बल संचारित करने की तरल पदार्थ की क्षमता को विद्युत चुंबक से नियंत्रित किया जा सकता है, जो इसके कई संभावित नियंत्रण-आधारित अनुप्रयोगों को जन्म देता है।
एमआर द्रव लौह द्रव से भिन्न होता है जिसमें छोटे कण होते हैं। एमआर द्रव कण मुख्य रूप से माइक्रोमीटर-स्केल पर होते हैं और एक प्रकार कि गति के लिए इतने अधिक घनत्व वाले होते हैं कि उन्हें निलंबित रखा जा सकता है (कम घनत्व वाले वाहक द्रव में)। फेरोफ्लुइड कण मुख्य रूप से नैनोकण होते हैं जो ब्राउनियन गति द्वारा निलंबित होते हैं और सामान्यतः सामान्य परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।
परिस्थितियों में व्यवस्थित नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।त नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, इन दोनों तरल पदार्थों का अनुप्रयोग बहुत भिन्न है।
यह कैसे काम करता है
चुंबकीय कण, जो सामान्यतः माइक्रोमीटर (इकाई) या नैनोमीटर पैमाने के गोले या दीर्घवृत्त होते हैं, वाहक तेल के अंदर निलंबित होते हैं और सामान्य परिस्थितियों में निलंबन में यादृच्छिक रूप से वितरित होते हैं, जैसा कि नीचे दिया गया है।
चूँकि, जब चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त किया जाता है, तो सूक्ष्म कण (सामान्यतः 0.1-10 µm रेंज में) चुंबकीय प्रवाह की रेखाओं के साथ खुद को संरेखित करते हैं,[1] नीचे देखें।
भौतिक व्यवहार
एमआर तरल पदार्थ के व्यवहार को समझने और भविष्यवाणी करने के लिए तरल पदार्थ को गणितीय रूप से मॉडल करना आवश्यक है, यह कार्य अलग-अलग भौतिक गुणों (जैसे उपज दबाव) के कारण थोड़ा जटिल है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, स्मार्ट तरल पदार्थ ऐसे होते हैं जिनमें प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में उनकी चिपचिपाहट कम होती है, किंतु ऐसे क्षेत्र के अनुप्रयोग के साथ वे अर्ध-ठोस हो जाते हैं। एमआर तरल पदार्थ (और इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव पदार्थ) की स्थितियों में, तरल पदार्थ वास्तव में ठोस के बराबर गुणों को ग्रहण करता है जब सक्रिय (चालू) अवस्था में होता है, उपज के बिंदु तक (अपरुपण दबाव जिसके ऊपर अपरुपण होती है)। यह उपज दबाव (सामान्यतः स्पष्ट उपज दबाव के रूप में जाना जाता है) तरल पदार्थ पर प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर है, किंतु अधिकतम बिंदु तक पहुंच जाएगा जिसके बाद चुंबकीय प्रवाह घनत्व में वृद्धि का कोई और प्रभाव नहीं पड़ता है, क्योंकि तरल तब चुंबकीय रूप से संतृप्त होता है। इस प्रकार एमआर द्रव के व्यवहार को बिंघम प्लास्टिक के समान माना जा सकता है, सामग्री मॉडल जिसकी अच्छी तरह से जांच की गई है।
चूँकि, एमआर द्रव बिंघम प्लास्टिक की विशेषताओं का स्पष्ट रूप से पालन नहीं करता है। उदाहरण के लिए, उपज दबाव के नीचे (सक्रिय या अवस्था में), द्रव विस्कोलेस्टिक सामग्री के रूप में व्यवहार करता है, जिसका निरपेक्ष मान चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता पर निर्भर माना जाता है। एमआर तरल पदार्थ को अपरुपण के पतलेपन के अधीन भी माना जाता है, जिससे उपज के ऊपर की चिपचिपाहट अपरुपण दर में वृद्धि के साथ कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, बंद अवस्था में एमआर तरल पदार्थ का व्यवहार भी गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ और तापमान पर निर्भर होता है, चूँकि यह इतना कम विचलन करता है कि तरल पदार्थ को अंततः सरल विश्लेषण के लिए बिंगहैम प्लास्टिक माना जा सकता है।
इस प्रकार अपरुपण मोड में एमआर द्रव व्यवहार का हमारा मॉडल बन जाता है:
जहाँ = अपरुपण दबाव; = उपज दबाव; = चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता = न्यूटोनियन श्यानता; z-दिशा में वेग प्रवणता है।
अपरुपण ताकत
कम अपरुपण ताकत अनुप्रयोगों की सीमित सीमा का प्राथमिक कारण रही है। बाहरी दबाव की अनुपस्थिति में अधिकतम अपरुपण शक्ति लगभग 100 kPa है। यदि द्रव को चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में संपीड़ित किया जाता है और संपीड़न दबाव 2 एमपीए है, तो अपरुपण ताकत 1100 केपीए तक बढ़ जाती है।[2] यदि मानक चुंबकीय कणों को लंबे चुंबकीय कणों से बदल दिया जाता है, तो अपरुपण ताकत में भी सुधार होता है।[3]
कण अवसादन
कणों और उनके वाहक द्रव के बीच अंतर्निहित घनत्व अंतर के कारण फेरोकण समय के साथ निलंबन से बाहर निकल जाते हैं। ऐसा होने की दर और डिग्री एमआर डिवाइस को प्रयुक्त या डिजाइन करते समय उद्योग में विचार की जाने वाली प्राथमिक विशेषताओं में से एक है। इस प्रभाव को ऑफसेट करने के लिए सामान्यतः पृष्ठसक्रियकारक का उपयोग किया जाता है, किंतु द्रव की चुंबकीय संतृप्ति की कीमत पर, और इस प्रकार इसकी सक्रिय अवस्था में अधिकतम उपज दबाव प्रदर्शित होता है।
सामान्य एमआर द्रव सर्फेक्टेंट
एमआर तरल पदार्थों में अक्सर सर्फेक्टेंट शामिल होते हैं, किंतु इन्हीं तक सीमित नहीं हैं:[4]
ये सर्फेक्टेंट फेरोपार्टिकल्स के जमने की दर को कम करने का काम करते हैं, जिनमें से उच्च दर एमआर तरल पदार्थों की प्रतिकूल विशेषता है। आदर्श एमआर द्रव कभी स्थिर नहीं होगा, किंतु भौतिकी के नियमों की हमारी वर्तमान समझ के अनुसार इस आदर्श द्रव को विकसित करना सतत गति मशीन विकसित करने जितना ही असंभव है। सर्फेक्टेंट-सहायता प्राप्त लंबे समय तक निपटान सामान्यतः दो तरीकों में से एक में प्राप्त किया जाता है: सर्फेक्टेंट के अतिरिक्त, और गोलाकार फेरोमैग्नेटिक नैनोकणों के अतिरिक्त। नैनोकणों के जुड़ने से बड़े कण लंबे समय तक निलंबित रहते हैं क्योंकि गैर-सेटलिंग नैनोकण ब्राउनियन गति के कारण बड़े माइक्रोमीटर-स्केल कणों के निपटान में हस्तक्षेप करते हैं। सर्फेक्टेंट के जुड़ने से फेरोकणों के चारों ओर मिसेल बनने लगते हैं। सर्फेक्टेंट में रासायनिक ध्रुवीयता वाला सिर और गैर-ध्रुवीय पूंछ (या इसके विपरीत) होता है, जिसमें से एक फेरोपार्टिकल में सोख लेता है, जबकि गैर-ध्रुवीय पूंछ (या ध्रुवीय सिर) वाहक माध्यम में चिपक जाती है, जिससे उलटा या नियमित मिसेल बनता है , क्रमशः, कण के चारों ओर। इससे प्रभावी कण व्यास बढ़ जाता है। स्थैतिक प्रभाव प्रतिकर्षण तब उनकी व्यवस्थित अवस्था में कणों के भारी संचय को रोकता है, जिससे द्रव रीमिक्सिंग (कण पुनर्वितरण) बहुत तेजी से और कम प्रयास के साथ होता है। उदाहरण के लिए, मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर्स चक्र के अंदर सर्फेक्टेंट एडिटिव के साथ रीमिक्स करेंगे, किंतु उनके बिना रीमिक्स करना लगभग असंभव है।
जबकि सर्फेक्टेंट एमआर तरल पदार्थों में निपटान दर को बढ़ाने में उपयोगी होते हैं, वे तरल पदार्थ के चुंबकीय गुणों (विशेष रूप से, चुंबकीय संतृप्ति) के लिए हानिकारक भी साबित होते हैं, जो सामान्यतः पैरामीटर है जिसे उपयोगकर्ता अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव को बढ़ाने के लिए अधिकतम करना चाहते हैं। चाहे एंटी-सेटलिंग एडिटिव नैनोस्फीयर-आधारित या सर्फैक्टेंट-आधारित हो, उनके संयोजन से सक्रिय अवस्था में फेरोपार्टिकल्स की पैकिंग घनत्व कम हो जाती है, इस प्रकार तरल पदार्थ की ऑन-स्टेट/सक्रिय चिपचिपाहट कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप कम सक्रिय तरल पदार्थ होता है अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव। जबकि ऑन-स्टेट चिपचिपाहट (सक्रिय तरल पदार्थ की कठोरता) भी कई एमआर तरल अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक चिंता का विषय है, यह उनके अधिकांश वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्राथमिक तरल संपत्ति है और इसलिए इस पर विचार करते समय समझौता किया जाना चाहिए। -स्थिर चिपचिपाहट, अधिकतम स्पष्ट उपज दबाव, और एमआर तरल पदार्थ की निपटान दर।
संचालन के तरीके और अनुप्रयोग
एमआर द्रव का उपयोग ऑपरेशन के तीन मुख्य तरीकों में से एक में किया जाता है, ये प्रवाह मोड, अपरुपण मोड और निचोड़-प्रवाह मोड हैं। इन विधियों में क्रमशः दो स्थिर प्लेटों के बीच दबाव प्रवणता के परिणामस्वरूप तरल पदार्थ का प्रवाह शामिल होता है; एक दूसरे के सापेक्ष गतिमान दो प्लेटों के बीच का तरल पदार्थ; और दो प्लेटों के बीच का तरल पदार्थ उनके तल के लंबवत दिशा में घूम रहा है। सभी मामलों में चुंबकीय क्षेत्र प्लेटों के तल के लंबवत होता है, ताकि प्लेटों के समानांतर दिशा में तरल पदार्थ को प्रतिबंधित किया जा सके।
फ्लो मोड (a.k.a. वाल्व मोड)
अपरुपण मोड
निचोड़-प्रवाह मोड
इन विभिन्न विधाओं के अनुप्रयोग असंख्य हैं। प्रवाह मोड का उपयोग डैम्पर्स और शॉक अवशोषक में किया जा सकता है, चैनलों के माध्यम से तरल पदार्थ को नियंत्रित करने के लिए आंदोलन का उपयोग करके, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त होता है। शियर मोड क्लच और ब्रेक में विशेष रूप से उपयोगी है - उन स्थानों पर जहां घूर्णी गति को नियंत्रित किया जाना चाहिए। दूसरी ओर, स्क्वीज़-फ्लो मोड, छोटे, मिलीमीटर-ऑर्डर आंदोलनों को नियंत्रित करने वाले किंतु बड़ी ताकतों को शामिल करने वाले अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त है। इस विशेष प्रवाह मोड में अब तक सबसे कम जांच देखी गई है।
कुल मिलाकर, ऑपरेशन के इन तीन तरीकों के बीच, एमआर तरल पदार्थ को अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में सफलतापूर्वक प्रयुक्त किया जा सकता है। चूँकि, कुछ सीमाएँ मौजूद हैं जिनका उल्लेख यहाँ करना आवश्यक है।
सीमाएँ
चूँकि स्मार्ट तरल पदार्थों को कई संभावित अनुप्रयोगों के रूप में देखा जाता है, वे निम्नलिखित कारणों से व्यावसायिक व्यवहार्यता में सीमित हैं:
- लोहे की उपस्थिति के कारण उच्च घनत्व इन्हें भारी बनाता है। चूँकि, परिचालन की मात्रा छोटी है, इसलिए चूँकि यह समस्या है, किंतु इसे दूर करना असंभव नहीं है।
- उच्च गुणवत्ता वाले तरल पदार्थ महंगे हैं।
- लंबे समय तक उपयोग के बाद तरल पदार्थ गाढ़े हो जाते हैं और उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है।
- कुछ अनुप्रयोगों के लिए फेरो-कणों का जमाव समस्या हो सकता है।
- अत्यधिक उच्च/निम्न तापमान पर काम नहीं कर सकता
जैसा कि उल्लेख किया गया है, वाणिज्यिक अनुप्रयोग मौजूद हैं, किंतु जब तक ये समस्याएं (विशेष रूप से लागत) दूर नहीं हो जातीं, तब तक इनकी संख्या कम ही रहेगी।
2000 के दशक में प्रगति
2000 के दशक के उत्तरार्ध में प्रकाशित अध्ययन, जो लौहचुंबकीय कणों के पहलू अनुपात में बदलाव के प्रभाव का पता लगाते हैं, ने पारंपरिक एमआर तरल पदार्थों की तुलना में कई सुधार दिखाए हैं। नैनोवायर-आधारित तरल पदार्थ तीन महीने की अवधि में गुणात्मक अवलोकन के बाद कोई अवसादन नहीं दिखाते हैं। इस अवलोकन को गोले की तुलना में तारों की कम समरूपता के साथ-साथ अवशेष चुंबकत्व द्वारा एक साथ रखे गए नैनोवायर जाली की संरचनात्मक रूप से सहायक प्रकृति के कारण कम क्लोज-पैकिंग घनत्व के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।[5][6] इसके अतिरिक्त, वे पारंपरिक गोले- या दीर्घवृत्त-आधारित तरल पदार्थों की तुलना में कणों की लोडिंग की अलग सीमा (सामान्यतः या तो मात्रा या वजन अंश में मापा जाता है) दिखाते हैं। पारंपरिक वाणिज्यिक तरल पदार्थ 30 से 90 wt% की सामान्य लोडिंग प्रदर्शित करते हैं, जबकि नैनोवायर-आधारित तरल पदार्थ ~0.5 wt% (पहलू अनुपात के आधार पर) की अंतःस्राव सीमा दिखाते हैं।[7] वे ~35 wt% की अधिकतम लोडिंग भी दिखाते हैं, क्योंकि उच्च पहलू अनुपात वाले कण प्रति कण बड़े बहिष्कृत आयतन के साथ-साथ अंतर-कण उलझाव को प्रदर्शित करते हैं क्योंकि वे एंड-ओवर-एंड को घुमाने का प्रयास करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हाई ऑफ द्वारा सीमा लगाई जाती है। - तरल पदार्थ की स्पष्ट चिपचिपाहट बताएं। लोडिंग की यह श्रृंखला सुझाव देती है कि अनुप्रयोगों का नया सेट संभव है जो पारंपरिक क्षेत्र-आधारित तरल पदार्थों के साथ संभव नहीं हो सकता है।
नए अध्ययनों ने डिमॉर्फिक मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया है, जो पारंपरिक क्षेत्र-आधारित तरल पदार्थ हैं जिनमें गोले का अंश, सामान्यतः 2 से 8 wt%, नैनोवायरों से बदल दिया जाता है। ये तरल पदार्थ पारंपरिक तरल पदार्थों की तुलना में बहुत कम अवसादन दर प्रदर्शित करते हैं, फिर भी पारंपरिक वाणिज्यिक तरल पदार्थों के समान लोडिंग की सीमा प्रदर्शित करते हैं, जिससे वे मौजूदा उच्च-बल अनुप्रयोगों जैसे भिगोना में भी उपयोगी हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, वे कण प्रतिस्थापन की मात्रा में 10% के स्पष्ट उपज दबाव में सुधार भी प्रदर्शित करते हैं।[8] मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के प्रदर्शन को बढ़ाने का दूसरा तरीका उन पर दबाव डालना है। विशेष रूप से उपज शक्ति के संदर्भ में गुणों को अपरुपण मोड में दस गुना तक बढ़ाया जा सकता है[9] और प्रवाह मोड में पाँच गुना तक।[10] इस व्यवहार की प्रेरणा फेरोमैग्नेटिक कणों के घर्षण में वृद्धि है, जैसा कि झांग एट अल द्वारा अर्ध-अनुभवजन्य मैग्नेटो-ट्राइबोलॉजिकल मॉडल द्वारा वर्णित है। भले ही दबाव प्रयुक्त करने से मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के व्यवहार में दृढ़ता से सुधार होता है, उपयोग की जाने वाली सीलिंग प्रणाली के यांत्रिक प्रतिरोध और रासायनिक अनुकूलता के संदर्भ में विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।
अनुप्रयोग
एमआर तरल पदार्थों के लिए अनुप्रयोग सेट विशाल है, और यह तरल पदार्थ की गतिशीलता में प्रत्येक प्रगति के साथ विस्तारित होता है।
मैकेनिकल इंजीनियरिंग
विभिन्न अनुप्रयोगों के मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर्स का विकास किया गया है और जारी है। इन डैम्पर्स का उपयोग मुख्य रूप से भारी उद्योग में भारी मोटर डैम्पिंग, निर्माण वाहनों में ऑपरेटर सीट/कैब डैम्पिंग आदि अनुप्रयोगों के साथ किया जाता है।
2006 तक, सामग्री वैज्ञानिक और मैकेनिकल इंजीनियर स्टैंड-अलोन भूकंपीय डैम्पर्स विकसित करने के लिए सहयोग कर रहे हैं, जो किसी इमारत के अंदर कहीं भी रखे जाने पर, इमारत की प्रतिध्वनि के अंदर काम करेंगे, संरचना के अंदर हानिकारक सदमे तरंगों और दोलनों को अवशोषित करेंगे, जिससे इन डैम्पर्स को क्षमता मिलेगी। किसी भी इमारत को भूकंपरोधी या कम से कम भूकंपरोधी बनाएं।[11]
सैन्य और रक्षा
अमेरिकी सेना अनुसंधान कार्यालय वर्तमान में शरीर के कवच को बढ़ाने के लिए एमआर तरल पदार्थ का उपयोग करने पर अनुसंधान को वित्त पोषित कर रहा है। 2003 में, शोधकर्ताओं ने कहा कि वे द्रव गोली को प्रतिरोधी बनाने से पाँच से दस साल दूर थे।[12] इसके अतिरिक्त, एचएमएमडब्ल्यूवी और विभिन्न अन्य ऑल-टेरेन वाहन गतिशील एमआर शॉक अवशोषक और/या डैम्पर्स का उपयोग करते हैं।
ऑप्टिक्स
मैग्नेटोरियोलॉजिकल फ़िनिशिंग, मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव-आधारित ऑप्टिकल पॉलिशिंग विधि, अत्यधिक स्पष्ट साबित हुई है। इसका उपयोग हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी के सुधारात्मक लेंस के निर्माण में किया गया था।
ऑटोमोटिव
यदि किसी वाहन के निलंबन (वाहन)वाहन) के शॉक अवशोषक सादे तेल या गैस के बजाय मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ से भरे होते हैं, और जो चैनल दो कक्षों के बीच भिगोने वाले तरल पदार्थ को प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं, वे विद्युत चुम्बकों से घिरे होते हैं, तरल की चिपचिपाहट, और इसलिए शॉक अवशोषक की महत्वपूर्ण आवृत्ति, ड्राइवर की पसंद या वाहन द्वारा उठाए जा रहे वजन के आधार पर भिन्न हो सकती है - या यह बहुत अलग सड़क स्थितियों में स्थिरता नियंत्रण प्रदान करने के लिए गतिशील रूप से भिन्न हो सकती है। यह वास्तव में मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर है। उदाहरण के लिए, मैग्नेराइड सक्रिय निलंबन प्रणाली स्थितियों के जवाब में प्रत्येक मिलीसेकंड में एक बार भिगोना कारक को समायोजित करने की अनुमति देती है। जनरल मोटर्स (डेल्फ़ी कॉर्पोरेशन के साथ साझेदारी में) ने ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए इस तकनीक को विकसित किया है। इसने मैग्नेराइड (या एमआर) के रूप में कैडिलैक (आरपीओ एफ55 के साथ सेविले एसटीएस निर्माण तिथि 1/15/2002 को या उसके बाद) और शेवरले यात्री वाहनों (एफ55 विकल्प कोड के साथ 2003 से बने सभी शेवरले कार्वेट) दोनों में अपनी शुरुआत की। मॉडल वर्ष 2003 में ड्राइवर चयन योग्य मैग्नेटिक सेलेक्टिव राइड कंट्रोल (एमएसआरसी) प्रणाली। अन्य निर्माताओं ने अपने वाहनों में इसके उपयोग के लिए भुगतान किया है, उदाहरण के लिए ऑडी और फेरारी विभिन्न मॉडलों पर मैग्नेराइड की पेशकश करते हैं।
जनरल मोटर्स और अन्य ऑटोमोटिव कंपनियां पुश-बटन चार पहिया ड्राइव सिस्टम के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव आधारित क्लच सिस्टम विकसित करने की मांग कर रही हैं। यह क्लच सिस्टम तरल पदार्थ को ठोस बनाने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग करेगा जो ड्राइव शाफ्ट को ट्रेन चलाओ में लॉक कर देगा।
पोर्श ने 2010 पोर्श जीटी3 और जीटी2 में मैग्नेटोरियोलॉजिकल इंजन माउंट पेश किया है। उच्च इंजन क्रांतियों पर, पावर ट्रेन और चेसिस/बॉडी के बीच सापेक्ष गति को कम करके अधिक स्पष्ट गियरबॉक्स शिफ्टर अनुभव प्रदान करने के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल इंजन माउंट सख्त हो जाते हैं।
सितंबर 2007 से, Acura (Honda) ने 2007 MDX मॉडल वर्ष के लिए निर्मित यात्री वाहनों में MR तकनीक के उपयोग पर प्रकाश डालते हुए विज्ञापन अभियान शुरू किया है।
एयरोस्पेस
दुर्घटना की स्थिति में सुरक्षा उपकरणों के रूप में सैन्य और वाणिज्यिक हेलीकॉप्टर कॉकपिट सीटों में उपयोग के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर्स का विकास किया जा रहा है।[13][14] इनका उपयोग यात्री की रीढ़ की हड्डी में लगने वाले झटके को कम करने के लिए किया जाएगा, जिससे दुर्घटना के दौरान स्थायी चोट की दर कम हो जाएगी।
मानव कृत्रिम अंग
मैग्नेटोरियोलॉजिकल डैम्पर्स का उपयोग अर्ध-सक्रिय मानव कृत्रिम पैरों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, सैन्य और वाणिज्यिक हेलीकॉप्टरों में उपयोग किए जाने वाले की तरह, कृत्रिम पैर में डैम्पर कूदते समय मरीज के पैर को लगने वाले झटके को कम कर देता है। इसके परिणामस्वरूप रोगी की गतिशीलता और चपलता बढ़ जाती है।
हैप्टिक फीडबैक इनपुट डिवाइस
कंपनी XeelTech अपने HAPTICORE घूमने वाला बटन की Haptic तकनीक उत्पन्न करने के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ का उपयोग करती है। एमआर एक्चुएटर्स को मुख्य रूप से प्रयोक्ता इंटरफ़ेस डिज़ाइन में नई संभावनाओं को सक्षम करने के लिए अनुकूली हैप्टिक फीडबैक के साथ इनपुट डिवाइस के रूप में उपयोग किया जाता है। HAPTICORE तकनीक लघु MR ब्रेक की तरह कार्य करती है। रोटरी नॉब के अंदर छोटे विद्युत चुंबक द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर, बाहरी आवरण और स्टेटर के बीच घर्षण को इस तरह से संशोधित किया जाता है कि उपयोगकर्ता ब्रेकिंग प्रभाव को हैप्टिक फीडबैक के रूप में मानता है।
वास्तविक समय में द्रव की रियोलॉजिकल स्थिति को संशोधित करके, विभिन्न प्रकार के यांत्रिक नियंत्रण घुंडी और कैम स्विच हैप्टिक पैटर्न जैसे टिक, ग्रिड और बाधाओं या सीमाओं का अनुकरण किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, हैप्टिक फीडबैक के नए रूप उत्पन्न करना भी संभव है, जैसे गति-अनुकूली और दिशा-निर्भर हैप्टिक फीडबैक मोड। इस तकनीक का उपयोग, उदाहरण के लिए, औद्योगिक उपकरण, घरेलू उपकरण या परिधीय के यूजर इंटरफ़ेस डिज़ाइन किया जाता है। [15]
यह भी देखें
- स्मार्ट तरल पदार्थ
- फेरोफ्लुइड
- इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव
- रियोलॉजी
- रेओमेट्री
संदर्भ
टिप्पणियाँ
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स्रोत
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बाहरी संबंध
