Electrorheological fluid
ઇલેક્ટ્રોરિઓલોજિકલ (ઇ. આર.) પ્રવાહી એ વિદ્યુત અવાહક પ્રવાહીમાં અત્યંત સૂક્ષ્મ બિન-વાહક પરંતુ વિદ્યુત સક્રિય કણો (50 માઇક્રોમીટર વ્યાસ સુધી) નું સસ્પેન્શન છે. આ પ્રવાહીની સ્પષ્ટ સ્નિગ્ધતા વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રતિભાવમાં 100,000 સુધીના ક્રમ દ્વારા ઉલટાવી શકાય તેવું બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, લાક્ષણિક ઇ. આર. પ્રવાહી પ્રવાહીની સુસંગતતાથી જેલની સુસંગતતા સુધી જઈ શકે છે, અને મિલિસેકંડના ક્રમમાં પ્રતિક્રિયા સમય સાથે પાછું જઈ શકે છે. આ અસરને કેટલીકવાર તેના શોધક, અમેરિકન શોધક વિલિસ વિન્સલો પછી વિન્સલો અસર કહેવામાં આવે છે, જેમણે 1947માં અસર પર યુ. એસ. પેટન્ટ મેળવી હતી અને 1949માં પ્રકાશિત એક લેખ લખ્યો હતો. ઇ. આર. અસર સ્પષ્ટ સ્નિગ્ધતામાં ફેરફાર લાગુ કરેલા વિદ્યુત ક્ષેત્ર પર આધારિત છે, એટલે કે. પ્લેટ વચ્ચેનું અંતર દ્વારા વિભાજીત સંભવિત. આ ફેરફાર સ્નિગ્ધતામાં સરળ ફેરફાર નથી, તેથી આ પ્રવાહી હવે જૂના શબ્દ ઇલેક્ટ્રો વિસ્કસ પ્રવાહીને બદલે ER પ્રવાહી તરીકે ઓળખાય છે. આ અસરને વિદ્યુત ક્ષેત્ર આધારિત શીયર યીલ્ડ સ્ટ્રેસ તરીકે વધુ સારી રીતે વર્ણવવામાં આવે છે. જ્યારે ઇ. આર. પ્રવાહી સક્રિય થાય છે ત્યારે તે વિદ્યુતક્ષેત્રની શક્તિ દ્વારા નિર્ધારિત ઉપજ બિંદુ સાથે બિંગહામ પ્લાસ્ટિક (વિસ્કોલાસ્ટિક સામગ્રીનો એક પ્રકાર) તરીકે વર્તે છે. ઉપજ બિંદુ સુધી પહોંચ્યા પછી, પ્રવાહી પ્રવાહી તરીકે કાપવામાં આવે છે, એટલે કે. વૃદ્ધિશીલ શીયર સ્ટ્રેસ શીયરના દરના પ્રમાણમાં હોય છે (ન્યુટોનિયન પ્રવાહીમાં કોઈ ઉપજ બિંદુ નથી અને સ્ટ્રેસ શીયરના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે). તેથી લાગુ કરેલા વિદ્યુત ક્ષેત્રને સમાયોજિત કરીને પ્રવાહીની ગતિ સામેના પ્રતિકારને નિયંત્રિત કરી શકાય છે. રચના અને સિદ્ધાંત ER પ્રવાહી એ સ્માર્ટ પ્રવાહીનો એક પ્રકાર છે. હળવા વનસ્પતિ તેલ અથવા (વધુ સારા) સિલિકોન તેલમાં કોર્નફ્લોર ભેળવીને એક સરળ ER પ્રવાહી બનાવી શકાય છે. અસરને સમજાવવા માટે બે મુખ્ય સિદ્ધાંતો છેઃ ઇન્ટરફેસિયલ ટેન્શન અથવા 'વોટર બ્રિજ' સિદ્ધાંત અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સિદ્ધાંત. જળ સેતુ સિદ્ધાંત ત્રણ તબક્કાની પ્રણાલી ધારે છે, કણોમાં ત્રીજો તબક્કો હોય છે જે અન્ય પ્રવાહી છે (દા. ત. પાણી) મુખ્ય તબક્કાના પ્રવાહી સાથે ભળી ન શકાય તેવું (દા. ત. તેલ). કોઈ લાગુ થયેલ વિદ્યુત ક્ષેત્ર વિના ત્રીજો તબક્કો મજબૂત રીતે કણો તરફ આકર્ષાય છે અને તેની અંદર રાખવામાં આવે છે. આનો અર્થ એ છે કે ઇ. આર. પ્રવાહી એ કણોનું સસ્પેન્શન છે, જે પ્રવાહી તરીકે વર્તે છે. જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે ત્રીજો તબક્કો ઇલેક્ટ્રો ઓસ્મોસિસ દ્વારા કણોની એક બાજુએ ચલાવવામાં આવે છે અને સાંકળો બનાવવા માટે નજીકના કણોને એકસાથે જોડે છે. આ સાંકળ રચનાનો અર્થ એ છે કે ER પ્રવાહી ઘન બની ગયું છે. વિદ્યુતસ્થૈતિક સિદ્ધાંત માત્ર બે તબક્કાની પ્રણાલી ધારે છે, જેમાં ડાઇલેક્ટ્રિક કણો વિદ્યુત ક્ષેત્ર સાથે સંલગ્ન સાંકળો બનાવે છે, જે મેગ્નેટોરિઓલોજિકલ પ્રવાહી (એમ. આર.) પ્રવાહી કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના સમાન છે. ઈ. આર. પ્રવાહીનું નિર્માણ અવાહકમાં કોટેડ વાહકમાંથી બનેલા નક્કર તબક્કા સાથે કરવામાં આવ્યું છે. આ ER પ્રવાહી સ્પષ્ટ રીતે વોટર બ્રિજ મોડેલ દ્વારા કામ કરી શકતું નથી. જો કે, કેટલાક ઇ. આર. પ્રવાહી સ્થિરવિદ્યુત દ્વારા કામ કરે છે તે દર્શાવતા હોવા છતાં, તે સાબિત કરતું નથી કે તમામ ઇ. આર. પ્રવાહી આમ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક અસર પર કામ કરતા ઇ. આર. પ્રવાહીનો ફાયદો એ છે કે લિકેજ કરંટને દૂર કરવો, એટલે કે. સંભવિત રીતે કોઈ સીધો પ્રવાહ નથી. અલબત્ત, ઇ. આર. ઉપકરણો કેપેસિટર્સ તરીકે વિદ્યુત રીતે વર્તે છે અને ઇ. આર. અસરનો મુખ્ય ફાયદો પ્રતિભાવની ઝડપ છે, તેથી વૈકલ્પિક પ્રવાહની અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે. કણો વિદ્યુત રીતે સક્રિય હોય છે. તેઓ ફેરોઇલેક્ટ્રિક હોઈ શકે છે અથવા, ઉપર જણાવ્યા મુજબ, અવાહક સાથે કોટેડ વાહક સામગ્રીમાંથી અથવા ઇલેક્ટ્રો-ઓસ્મોટિકલી સક્રિય કણોમાંથી બનાવવામાં આવે છે. ફેરોઇલેક્ટ્રિક અથવા વાહક સામગ્રીના કિસ્સામાં, કણોમાં ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક હશે. વાહકના ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક વિશે અહીં થોડી મૂંઝવણ હોઈ શકે છે, પરંતુ "જો ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક ધરાવતી સામગ્રીને વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે, તો તે ક્ષેત્રની તીવ્રતા ડાઇલેક્ટ્રિકના કદમાં માપી શકાય તેટલી ઓછી થઈ જશે" (મુખ્ય પાનું જુઓઃ ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક), અને આદર્શ વાહકમાં વિદ્યુત ક્ષેત્ર શૂન્ય હોવાથી, આ સંદર્ભમાં વાહકનો ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક અનંત છે. અન્ય પરિબળ જે ઇ. આર. અસરને પ્રભાવિત કરે છે તે ઇલેક્ટ્રોડની ભૂમિતિ છે. સમાંતર ખાંચવાળા ઇલેક્ટ્રોડ્સની રજૂઆતમાં ER અસરમાં થોડો વધારો જોવા મળ્યો હતો પરંતુ લંબરૂપ ખાંચવાળા ઇલેક્ટ્રોડ્સે ER અસરને બમણી કરી હતી. વિદ્યુત ધ્રુવીકરણક્ષમ સામગ્રી સાથે ઇલેક્ટ્રોડ્સને કોટિંગ કરીને ER અસરમાં ઘણો મોટો વધારો મેળવી શકાય છે. આ ડાઇઇલેક્ટ્રોફોરેસિસના સામાન્ય ગેરલાભને ઉપયોગી અસરમાં ફેરવે છે. તે ER પ્રવાહીમાં લિકેજના પ્રવાહોને ઘટાડવાની અસર પણ ધરાવે છે. વિશાળ ઇલેક્ટ્રોરિઓલોજિકલ (GER) પ્રવાહીની શોધ 2003 માં કરવામાં આવી હતી, અને તે અન્ય ઘણા ER પ્રવાહી કરતાં વધુ ઉપજ શક્તિ જાળવી રાખવામાં સક્ષમ છે. જીઈઆર પ્રવાહીમાં સિલિકોન તેલમાં લટકાવેલા બેરિયમ ટાઇટેનિયમ ઓક્સાલેટના યુરિયા કોટેડ નેનોપાર્ટિકલ્સનો સમાવેશ થાય છે. ઉપજની ઊંચી તાકાત કણોના ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક, કણોના નાના કદ અને યુરિયા કોટિંગને કારણે છે. જીઈઆરનો બીજો ફાયદો એ છે કે વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ અને ઉપજ શક્તિ વચ્ચેનો સંબંધ વિદ્યુત ક્ષેત્ર 1 કેવી/એમએમ સુધી પહોંચ્યા પછી રેખીય હોય છે. GER એ ઉચ્ચ ઉપજ શક્તિ છે, પરંતુ અન્ય ઘણા ER પ્રવાહીની તુલનામાં ઓછી વિદ્યુત ક્ષેત્ર શક્તિ અને ઓછી વર્તમાન ઘનતા પ્રવાહી છે. સસ્પેન્શનની તૈયારી માટેની પ્રક્રિયા આપવામાં આવી છે. કણોની તૈયારી માટે ઓક્સાલિક એસિડનો ઉપયોગ એ મુખ્ય ચિંતા છે કારણ કે તે એક મજબૂત કાર્બનિક એસિડ છે. ઇ. આર. પ્રવાહીનો સામાન્ય ઉપયોગ ઝડપી કાર્યરત હાઇડ્રોલિક વાલ્વ અને પકડમાં થાય છે, જેમાં પ્લેટ વચ્ચેનું વિભાજન 1 મીમીના ક્રમમાં હોય છે અને લાગુ કરાયેલ ક્ષમતા 1 કેવીના ક્રમમાં હોય છે. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઇ. આર. હાઇડ્રોલિક વાલ્વ બંધ કરવામાં આવે છે અથવા ઇ. આર. ક્લચની પ્લેટ એકસાથે બંધ કરવામાં આવે છે, જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર દૂર કરવામાં આવે છે ત્યારે ઇ. આર. હાઇડ્રોલિક વાલ્વ ખુલ્લો હોય છે અથવા ક્લચ પ્લેટ છૂટા કરવામાં આવે છે. અન્ય સામાન્ય ઉપયોગો ઇ. આર. બ્રેક (બ્રેકને એક બાજુ સ્થિર ક્લચ તરીકે વિચારો) અને શોક એબ્સોર્બર (જેને બંધ હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ તરીકે વિચારી શકાય છે જ્યાં આંચકાનો ઉપયોગ વાલ્વ દ્વારા પ્રવાહીને પંપ કરવાનો પ્રયાસ કરવા માટે થાય છે) માં થાય છે. આ પ્રવાહી માટે ઘણા નવીન ઉપયોગો છે. સંભવિત ઉપયોગો સચોટ ઘર્ષક પોલિશિંગમાં અને હેપ્ટિક નિયંત્રકો અને સ્પર્શેન્દ્રિય ડિસ્પ્લે તરીકે છે. ઇ. આર. પ્રવાહીમાં લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સંભવિત ઉપયોગો હોવાની પણ દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે, જેમાં પ્રવાહીને રોલ કરી શકાય તેવી સ્ક્રીનો અને કીપેડ્સ જેવા ઘટકોમાં સમાવિષ્ટ કરવામાં આવે છે, જેમાં પ્રવાહીના સ્નિગ્ધતા-બદલાતા ગુણો રોલ કરી શકાય તેવા તત્વોને ઉપયોગ માટે સખત બનવાની મંજૂરી આપે છે, અને જ્યારે ઉપયોગમાં ન હોય ત્યારે સંગ્રહ કરવા માટે રોલ કરવા અને પાછું ખેંચવા માટે લવચીક છે. મોટોરોલાએ 2006માં મોબાઇલ ઉપકરણ કાર્યક્રમો માટે પેટન્ટ અરજી દાખલ કરી હતી. સમસ્યાઓ અને ફાયદાઓ એક મોટી સમસ્યા એ છે કે ઇ. આર. પ્રવાહી સસ્પેન્શન છે, તેથી સમય જતાં તેઓ સ્થાયી થવાનું વલણ ધરાવે છે, તેથી અદ્યતન ઇ. આર. પ્રવાહી આ સમસ્યાનો સામનો ઘન અને પ્રવાહી ઘટકોની ઘનતા સાથે મેળ ખાતા અથવા નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ કરીને કરે છે, જે ઇ. આર. પ્રવાહીને મેગ્નેટોરિઓલોજિકલ પ્રવાહીના વિકાસ સાથે સુસંગત બનાવે છે. બીજી સમસ્યા એ છે કે હવાનું બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ~ 3 kV/mm છે, જે ER ઉપકરણોને ચલાવવા માટે જરૂરી વિદ્યુત ક્ષેત્રની નજીક છે. એક ફાયદો એ છે કે ER ઉપકરણ અસરને નિયંત્રિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી વિદ્યુત શક્તિ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ યાંત્રિક શક્તિને નિયંત્રિત કરી શકે છે, એટલે કે. તે પાવર એમ્પ્લીફાયર તરીકે કામ કરી શકે છે. પરંતુ મુખ્ય ફાયદો પ્રતિભાવની ઝડપ છે. આટલી મોટી માત્રામાં યાંત્રિક અથવા હાઇડ્રોલિક શક્તિને આટલી ઝડપથી નિયંત્રિત કરવામાં સક્ષમ અન્ય કેટલીક અસરો છે. કમનસીબે, શીયર અથવા ફ્લો મોડ્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોરિઓલોજિકલ પ્રવાહી દ્વારા અનુભવાતી સ્પષ્ટ સ્નિગ્ધતામાં વધારો પ્રમાણમાં મર્યાદિત છે. ઇ. આર. પ્રવાહી ન્યુટોનિયન પ્રવાહીમાંથી આંશિક સ્ફટિકીય "અર્ધ-સખત કાદવ" માં બદલાય છે. જો કે, લગભગ સંપૂર્ણ પ્રવાહીથી ઘન તબક્કામાં ફેરફાર ત્યારે મેળવી શકાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોરેહીઓલોજિકલ પ્રવાહી વધુમાં સંકોચક તાણ અનુભવે છે. આ અસરનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોરેહીઓલોજિકલ બ્રેઇલ ડિસ્પ્લે અને ખૂબ જ અસરકારક પકડ પ્રદાન કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. કોન્ટિનમ મિકેનિક્સ ડેબી-ફાલ્કનહેગન ઇફેક્ટ ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર ઇલેક્ટ્રોડહેશન ઇલેક્ટ્રોવિસ્કસ ઇફેક્ટ્સ ફેરોફ્લુઇડ ફ્લુઇડ મિકેનિક્સ મેગ્નેટોરિઓલોજિકલ ફ્લુઇડ ઇલેક્ટ્રોવેટિંગ સ્માર્ટ ફ્લુઇડ રેફરન્સ સ્માર્ટ મટિરિયલ્સ પણ જુઓ.