इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव
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इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग तरल पदार्थ में अधिक सूक्ष्म गैर-संचालन परन्तु विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 माइक्रोमीटर व्यास तक) की निष्क्रियता (रसायन) हैं। इन तरल पदार्थों की स्पष्ट विस्कोसिटी विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से विपरीत रूप से परिवर्तित होती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ईआर तरल पदार्थ, तरल की स्थिरता से जेल की स्थिरता तक जा सकता है, और मिलीसेकंड के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस आ सकता है।[1] इस प्रभाव को कभी-कभी इसके अमेरिकी आविष्कारक, विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में इस प्रभाव पर अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया था।[2] और 1949 में प्रकाशित लेख लिखा था।[3]
ईआर प्रभाव
विस्कोसिटी में परिवर्तन प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र पर निर्भर करता है, अर्थात प्लेटों के मध्य की दूरी से विभाजित क्षमता है। यह परिवर्तन विस्कोसिटी में साधारण परिवर्तन नहीं है, इसलिए इन तरल पदार्थों को अब पूर्व शब्द इलेक्ट्रो विस्कोस तरल पदार्थ के अतिरिक्त ईआर तरल पदार्थ के रूप में जाना जाता है। प्रभाव को विद्युत क्षेत्र पर निर्भर खंडित पराभव प्रतिबल के रूप में वर्णित किया गया है। सक्रिय होने पर ईआर द्रव बिंघम प्लास्टिक (विस्कोइलास्टिक पदार्थ) के जैसे व्यवहार करता है, जिसका उपज बिंदु विद्युत क्षेत्र की शक्ति से निर्धारित होता है। उपज बिंदु पर पहुंचने के पश्चात, द्रव तरल पदार्थ के रूप में कतरता है, अर्थात वृद्धिशील कतरनी तनाव कतरनी की दर के समानुपाती होता है (न्यूटोनियन द्रव में कोई उपज बिंदु नहीं होता है और तनाव सीधे कतरनी के समानुपाती होता है)। इसलिए प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र को समायोजित करके द्रव की गति के प्रतिरोध को नियंत्रित किया जा सकता है।
रचना और सिद्धांत
ईआर तरल पदार्थ एक प्रकार का स्मार्ट तरल पदार्थ है। कॉर्नस्टार्च को हल्के वनस्पति तेल या (उत्तम) सिलिकॉन तेल में मिलाकर साधारण ईआर तरल पदार्थ बनाया जा सकता है।
प्रभाव को समझाने के लिए दो मुख्य सिद्धांत: इंटरफ़ेशियल तनाव या 'जल सेतु' सिद्धांत,[4] और इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत हैं। जल सेतु सिद्धांत तीन चरण प्रणाली मानता है, कणों में तीसरा चरण होता है जो अन्य तरल (जैसे पानी) होता है जो मुख्य चरण तरल (जैसे तेल) के साथ अमिश्रणीय होता है। बिना किसी प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र के, तीसरा चरण कणों की ओर दृढ़ता से आकर्षित होता है और उनके अंदर ही बना रहता है। इसका तात्पर्य है कि ईआर द्रव कणों की निष्क्रियता है, जो तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब विद्युत क्षेत्र प्रस्तावित किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो ऑस्मोसिस द्वारा कणों के एक तरफ संचालित होता है और श्रृंखला बनाने के लिए संलग्न कणों को साथ बांधता है। इस श्रृंखला संरचना का तात्पर्य है कि ईआर द्रव ठोस बन गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली मानता है, जिसमें परावैद्युत कण विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव पदार्थ (एमआर) तरल पदार्थ के समान उपायों से कार्य करता है। इन्सुलेटर में ढके हुए कंडक्टर से बने ठोस चरण के साथ ईआर तरल पदार्थ का निर्माण किया गया है।[5] यह ईआर द्रव जल सेतु मॉडल द्वारा कार्य नहीं कर सकता है। चूँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ईआर तरल पदार्थ इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव से कार्य करते हैं, यह प्रमाणित नहीं होता है कि सभी ईआर तरल पदार्थ ऐसा करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव पर कार्य करने वाले ईआर तरल पदार्थ का लाभ लीकेज करंट को समाप्त करना है, अर्थात संभावित रूप से कोई प्रत्यक्ष करंट नहीं है। बेशक, चूंकि ईआर उपकरण विद्युत रूप से संधारित्र के रूप में व्यवहार करते हैं, और ईआर प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, प्रत्यावर्ती धारा की अपेक्षा की जाती है।
कण विद्युत रूप से सक्रिय हैं। वे फेरोइलेक्ट्रिक हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विद्युत इन्सुलेशन के साथ लेपित विद्युत कंडक्टर, या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों से बने होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संचालन सामग्री के विषय में, कणों में उच्च परावैद्युत स्थिरांक होगा। विद्युत चालक के परावैद्युत स्थिरांक के विषय में यहां कुछ भ्रम हो सकता है, परन्तु यदि उच्च परावैद्युत स्थिरांक वाली सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण परावैद्युत की मात्रा के अंदर मापनीय रूप से कम हो जाता है और चूंकि आदर्श चालक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में चालक का परावैद्युत स्थिरांक अनंत है।
ईआर प्रभाव को प्रभावित करने वाला अन्य कारक इलेक्ट्रोड की ज्यामिति है। समानांतर ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड के प्रारंभ से ईआर प्रभाव में सामान्य वृद्धि देखी गई परन्तु लंबवत ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड ने ईआर प्रभाव को दोगुना कर दिया है।[6] इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ध्रुवीकरण योग्य सामग्रियों के साथ कोटिंग करके ईआर प्रभाव में अधिक वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह डाईइलेक्ट्रोफोरेसिस के सामान्य नुकसान को उपयोगी प्रभाव में परिवर्तित कर देता है। इसमें ईआर द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव होता है।[7]विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (जीईआर) द्रव की शोध 2003 में की गई थी,[8]और कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की अपेक्षा में उच्च उपज शक्ति बनाए रखने में सक्षम है। जीईआर द्रव में सिलिकॉन तेल में निष्क्रिय बेरियम टाइटेनियम ऑक्सालेट के यूरिया लेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च परावैद्युत स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और यूरिया कोटिंग के कारण होती है। जीईआर का अन्य लाभ यह है कि विद्युत क्षेत्र 1 kV/mm तक पहुंचने के पश्चात विद्युत क्षेत्र की शक्ति और उपज की शक्ति के मध्य संबंध रैखिक होता है। जीईआर उत्तम उपज शक्ति है, परन्तु कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की अपेक्षा में कम विद्युत क्षेत्र शक्ति और कम वर्तमान घनत्व तरल पदार्थ है। निष्क्रियता की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है।[8] मुख्य चिंता कणों की तैयारी के लिए ओकसेलिक अम्ल का उपयोग है क्योंकि यह शक्तिशाली कार्बनिक अम्ल है।
अनुप्रयोग
ईआर तरल पदार्थों का सामान्य अनुप्रयोग तेजी से कार्य करने वाले हाइड्रोलिक मैनिफोल्ड में होता है[9] और क्लच, प्लेटों के मध्य अलगाव 1 मिमी के क्रम में और प्रस्तावित क्षमता 1 केवी के क्रम में होती है। सरल शब्दों में, जब विद्युत क्षेत्र प्रस्तावित होता है, तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व बंद हो जाता है या ईआर क्लच की प्लेटें एक साथ बंद हो जाती हैं, जब विद्युत क्षेत्र हटा दिया जाता है तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व खुला होता है या क्लच प्लेटें अलग हो जाती हैं। अन्य सामान्य अनुप्रयोग ईआर ब्रेक में हैं[10] (ब्रेक को एक तरफ से स्थिर क्लच के रूप में सोचें) और शॉक अवशोषक[11] (जिसे बंद हाइड्रोलिक सिस्टम के रूप में सोचा जा सकता है जहां वाल्व के माध्यम से तरल पदार्थ को पंप करने के लिए झटके का उपयोग किया जाता है)।
इन तरल पदार्थों के कई नये उपयोग हैं। संभावित उपयोग सटीक अपघर्षक पॉलिशिंग में हैं[12] और हैप्टिक प्रौद्योगिकी नियंत्रक और स्पर्श प्रदर्शन के रूप में।[13] ईआर तरल पदार्थ को लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स में संभावित अनुप्रयोगों के लिए भी प्रस्तावित किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ को रोल करने योग्य स्क्रीन और कीपैड जैसे तत्वों में शामिल किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ के विस्कोसिटी-परिवर्तितने वाले गुण रोल करने योग्य तत्वों को उपयोग के लिए कठोर और लचीले बनाने की अनुमति देते हैं। उपयोग में न होने पर भंडारण के लिए रोल करें और वापस लें। मोटोरोला ने 2006 में मोबाइल डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया।[14]
समस्याएँ और लाभ
एक बड़ी समस्या यह है कि ईआर तरल पदार्थ निष्क्रियता होते हैं, इसलिए समय के साथ वे व्यवस्थित हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ईआर तरल पदार्थ इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व का मिलान करके, या नैनोकणों का उपयोग करके निपटते हैं, जो ईआर तरल पदार्थ को अंदर लाते हैं। मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के विकास के अनुरूप। एक और समस्या यह है कि हवा का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 केवी/मिमी है, जो ईआर उपकरणों को संचालित करने के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के करीब है।
एक फायदा यह है कि एक ईआर उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की अपेक्षा में काफी अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, अर्थात यह एक शक्ति एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। परन्तु मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। ऐसे कुछ अन्य प्रभाव हैं जो इतनी बड़ी मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तेजी से नियंत्रित करने में सक्षम हैं।
दुर्भाग्य से, कतरनी या प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों द्वारा अनुभव की गई स्पष्ट विस्कोसिटी में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ईआर द्रव न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अर्ध-कठोर कीचड़ में परिवर्तित जाता है। चूँकि, जब इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है, तो लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन प्राप्त किया जा सकता है।[15] इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले प्रदान करने के लिए किया गया है[16] और बहुत प्रभावी चंगुल.[17]
यह भी देखें
- सातत्यक यांत्रिकी
- डेबी-फाल्कनहेगन प्रभाव
- इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर
- विद्युतआसंजन
- इलेक्ट्रोविस्कस प्रभाव
- लौह द्रव
- द्रव यांत्रिकी
- मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव
- इलेक्ट्रोवेटिंग
- स्मार्ट तरल पदार्थ
संदर्भ
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