Particle deposition
कण निक्षेपण सतहों पर कणों का स्वतःस्फूर्त लगाव है। विचाराधीन कण आम तौर पर कोलॉइडल कण होते हैं, जबकि शामिल सतह समतल, घुमावदार हो सकती हैं, या जमा करने वाले कणों (जैसे, रेत के कण) की तुलना में आकार में बहुत बड़े कणों का प्रतिनिधित्व कर सकती हैं। निक्षेपण प्रक्रियाएँ उपयुक्त हाइड्रोडायनामिक प्रवाह स्थितियों और अनुकूल कण-सतह अंतःक्रियाओं द्वारा शुरू की जा सकती हैं। जमा होने वाले कण केवल एक एकल परत बना सकते हैं जो आगे अतिरिक्त कण जमाव को रोकता है, और इस तरह एक सतह अवरोधन को संदर्भित करता है। प्रारंभ में संलग्न कण आगे के कण निक्षेपण के लिए बीज के रूप में भी काम कर सकते हैं, जिससे मोटे कण जमा होते हैं, और इस प्रक्रिया को सतह का पकना या दूषित होना कहा जाता है। जबकि निक्षेपण प्रक्रियाएं आम तौर पर अपरिवर्तनीय होती हैं, शुरू में जमा किए गए कण भी अलग हो सकते हैं। बाद की प्रक्रिया को कण रिलीज के रूप में जाना जाता है और अक्सर उपयुक्त रसायनों को जोड़ने या प्रवाह स्थितियों में संशोधन से शुरू होता है। सूक्ष्मजीव कोलॉइडल कणों के समान सतहों पर जमा हो सकते हैं। जब प्रोटीन, पॉलिमर या पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स जैसे मैक्रोमोलेक्यूल्स सतहों से जुड़ते हैं, तो इस प्रक्रिया को अधिशोषण कहा जाता है। जबकि मैक्रोमोलेक्यूल्स का अधिशोषण काफी हद तक कण निक्षेपण के समान होता है, मैक्रोमोलेक्यूल्स अधिशोषण के दौरान काफी हद तक विकृत हो सकते हैं। वर्तमान लेख मुख्य रूप से तरल पदार्थों से कण जमाव से संबंधित है, लेकिन इसी तरह की प्रक्रिया तब होती है जब गैस चरण से एरोसोल या धूल जमा होती है। प्रारंभिक चरण एक कण शांत स्थितियों में एक सतह पर फैल सकता है, लेकिन यह प्रक्रिया अक्षम है क्योंकि एक मोटी कमी परत विकसित होती है, जिससे निक्षेपण की गति धीमी हो जाती है। जब कण निक्षेपण कुशल होता है, तो यह लगभग विशेष रूप से प्रवाहित प्रणाली में आगे बढ़ता है। ऐसी स्थितियों में, हाइड्रोडायनामिक प्रवाह कणों को सतह के करीब ले जाएगा। एक बार जब कोई कण सतह के करीब स्थित हो जाता है, तो यह स्वचालित रूप से संलग्न हो जाएगा, जब कण-सतह की अंतःक्रिया आकर्षक होगी। इस स्थिति में, एक अनुकूल निक्षेपण स्थितियों को संदर्भित करता है। जब अंतःक्रिया बड़ी दूरी पर प्रतिकारक होती है, लेकिन कम दूरी पर आकर्षक होती है, तब भी निक्षेपण होगा लेकिन यह धीमा हो जाएगा। एक यहाँ प्रतिकूल निक्षेपण स्थितियों को संदर्भित करता है। निक्षेपण प्रक्रिया के प्रारंभिक चरणों को दर समीकरण के साथ वर्णित किया जा सकता है जहाँ; जमा किए गए कणों का संख्या घनत्व है, समय है, कण संख्या एकाग्रता है, और निक्षेपण दर गुणांक है। दर गुणांक प्रवाह वेग, प्रवाह ज्यामिति और सब्सट्रेट के साथ जमा होने वाले कण की अंतःक्रिया क्षमता पर निर्भर करता है। कई स्थितियों में, इस क्षमता को आकर्षक वैन डेर वाल्स बलों और प्रतिकारक विद्युत दोहरी परत बलों के सुपरपोजिशन द्वारा अनुमानित किया जा सकता है और डी. एल. वी. ओ. सिद्धांत द्वारा वर्णित किया जा सकता है। जब कणों का आवेश सब्सट्रेट के समान संकेत का होता है, तो निक्षेपण उच्च नमक स्तर पर अनुकूल होगा, जबकि यह कम नमक स्तर पर प्रतिकूल होगा। जब कणों का आवेश सब्सट्रेट के विपरीत संकेत का होता है, तो निक्षेपण सभी नमक स्तरों के लिए अनुकूल होता है, और आकर्षक विद्युतस्थैतिक दोहरी परत बलों के कारण नमक स्तर में कमी के साथ निक्षेपण दर में एक छोटी वृद्धि देखी जाती है। निक्षेपण प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण अपेक्षाकृत कण विषम-एकत्रीकरण के प्रारंभिक चरणों के समान होते हैं, जिसमें एक कण दूसरे की तुलना में बहुत बड़ा होता है। अवरोधन कणों को जमा करते समय एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, जमा होना उस समय तक बंद हो जाएगा जब पर्याप्त कण जमा हो जाएंगे। एक बिंदु पर, इस तरह की सतह की परत किसी भी कण को पीछे हटा देगी जो अभी भी जमा करने का प्रयास कर सकते हैं। सतह को जमा किए गए कणों द्वारा संतृप्त या अवरुद्ध कहा जाता है। अवरोधन प्रक्रिया को निम्नलिखित समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है जहाँ सतह अवरोधन कार्य है। जब कोई जमा कण नहीं होते हैं, और। जमा किए गए कणों की बढ़ती संख्या घनत्व के साथ, अवरोधन कार्य कम हो जाता है। सतह और पर संतृप्त होती है। सबसे सरल ब्लॉकिंग फ़ंक्शन है और इसे लैंगमुइर ब्लॉकिंग फ़ंक्शन के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि यह लैंगमुइर आइसोथर्म से संबंधित है। अवरोधन प्रक्रिया का यादृच्छिक अनुक्रमिक अवशोषण (आर. एस. ए.) मॉडल के संदर्भ में विस्तार से अध्ययन किया गया है। गोलाकार कणों के जमाव से संबंधित सबसे सरल आर. एस. ए. मॉडल वृत्ताकार डिस्क के अपरिवर्तनीय अवशोषण पर विचार करता है। एक के बाद एक डिस्क को एक सतह पर यादृच्छिक रूप से रखा जाता है। एक बार डिस्क रखे जाने के बाद, यह उसी स्थान पर चिपक जाती है, और इसे हटाया नहीं जा सकता है। जब डिस्क जमा करने के प्रयास के परिणामस्वरूप पहले से जमा डिस्क के साथ ओवरलैप होता है, तो इस प्रयास को अस्वीकार कर दिया जाता है। इस मॉडल के भीतर, सतह शुरू में तेजी से भरी जाती है, लेकिन जितना अधिक व्यक्ति संतृप्ति के करीब पहुंचता है, सतह उतनी ही धीमी गति से भरी जा रही है। आर. एस. ए. मॉडल के भीतर, संतृप्ति को जामिंग के रूप में संदर्भित किया जाता है। सर्कुलर डिस्क के लिए, 0.547 के कवरेज पर जामिंग होता है। जब जमा करने वाले कण पॉलीडिस्पर्स होते हैं, तो बहुत अधिक सतह के आवरण तक पहुँचा जा सकता है, क्योंकि छोटे कण बड़े जमा किए गए कणों के बीच के छेद में जमा होने में सक्षम होंगे। दूसरी ओर, छड़ जैसे कण बहुत कम आवरण का कारण बन सकते हैं, क्योंकि कुछ गलत तरीके से संरेखित छड़ें सतह के एक बड़े हिस्से को अवरुद्ध कर सकती हैं। चूँकि जलीय निलंबन में कणों के बीच प्रतिकर्षण विद्युत दोहरी परत बलों से उत्पन्न होता है, इसलिए सतह के अवरुद्ध होने पर नमक की उपस्थिति का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। छोटे कणों और कम नमक के लिए, विसर्जित परत कण से बहुत आगे तक फैलेगी, और इस प्रकार इसके चारों ओर एक बहिष्करण क्षेत्र बनाएगी। इसलिए, सतह को आर. एस. ए. मॉडल के आधार पर अपेक्षा की तुलना में बहुत कम कवरेज पर अवरुद्ध कर दिया जाएगा। उच्च नमक और बड़े कणों के लिए, यह प्रभाव कम महत्वपूर्ण है, और निक्षेपण को आर. एस. ए. मॉडल द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया जा सकता है। पकना जब जमा होने वाले कण एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, तो वे एक ही समय में जमा और एकत्रित होंगे। इस स्थिति के परिणामस्वरूप सतह पर कण समुच्चय से बनी एक छिद्रपूर्ण परत होगी, और इसे पकना कहा जाता है। इस परत की छिद्रता इस बात पर निर्भर करेगी कि कण एकत्रीकरण प्रक्रिया तेज है या धीमी। धीरे-धीरे एकत्रीकरण एक अधिक सघन परत की ओर ले जाएगा, जबकि तेजी से एकत्रीकरण अधिक छिद्रपूर्ण परत की ओर ले जाएगा। परत की संरचना एकत्रीकरण प्रक्रिया के बाद के चरणों में बने समुच्चय की संरचना के समान होगी। प्रायोगिक तकनीक कण निक्षेपण के बाद विभिन्न प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है। जमा कणों का प्रत्यक्ष अवलोकन एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप या परमाणु बल माइक्रोस्कोप से संभव है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का लाभ यह है कि कणों के जमाव का वीडियो तकनीकों द्वारा वास्तविक समय में पालन किया जा सकता है और छवियों के अनुक्रम का मात्रात्मक रूप से विश्लेषण किया जा सकता है। दूसरी ओर, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के संकल्प के लिए आवश्यक है कि जांच किए गए कण का आकार कम से कम 100 एनएम से अधिक हो। एक विकल्प कण निक्षेपण का पालन करने के लिए सतह संवेदनशील तकनीकों का उपयोग करना है, जैसे कि परावर्तनशीलता, दीर्घवृत्तमापी, सतह प्लाजमोन अनुनाद, या क्वार्ट्ज क्रिस्टल सूक्ष्म संतुलन। ये तकनीकें अच्छी सटीकता के साथ समय के कार्य के रूप में जमा किए गए कणों की मात्रा के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती हैं, लेकिन वे कणों की पार्श्व व्यवस्था के बारे में जानकारी प्राप्त करने की अनुमति नहीं देती हैं। कण निक्षेपण का अध्ययन करने का एक अन्य तरीका क्रोमैटोग्राफिक कॉलम में उनके परिवहन की जांच करना है। स्तंभ बड़े कणों से भरा होता है या जांच के लिए एक छिद्रपूर्ण माध्यम होता है। इसके बाद, स्तंभ को जांच के लिए विलायक के साथ फ्लश किया जाता है, और छोटे कणों के निलंबन को स्तंभ प्रवेश द्वार पर इंजेक्ट किया जाता है। कणों का पता एक मानक क्रोमैटोग्राफिक डिटेक्टर के साथ आउटलेट पर लगाया जाता है। जब कण छिद्रपूर्ण माध्यम में जमा होते हैं, तो वे निर्गम पर नहीं पहुंचेंगे, और देखे गए अंतर से निक्षेपण दर गुणांक का अनुमान लगाया जा सकता है। प्रासंगिक कण निक्षेपण कई प्राकृतिक और औद्योगिक प्रणालियों में होता है। कुछ उदाहरण नीचे दिए गए हैं। कोटिंग्स और सतह कार्यात्मकता। पेंट और चिपकने वाले अक्सर कोलॉइडल कणों के केंद्रित निलंबन होते हैं, और सतह पर अच्छी तरह से चिपकने के लिए कणों को विचाराधीन सतह पर जमा होना चाहिए। कोलॉइडल कणों की एक परत के जमा का उपयोग सतह को एक माइक्रोन या एनएम पैमाने पर पैटर्न करने के लिए किया जा सकता है, एक प्रक्रिया जिसे कोलॉइडल लिथोग्राफी के रूप में जाना जाता है। फ़िल्टर और निस्पंदन झिल्ली। जब कण फिल्टर या निस्पंदन झिल्ली में जमा होते हैं, तो वे छिद्रों को झिल्ली की अशुद्धता को रोकते हैं। अच्छी तरह से काम करने वाली झिल्ली को डिजाइन करते समय, कण जमाव से बचा जाना चाहिए, और झिल्ली का उचित कार्यात्मककरण आवश्यक है। सूक्ष्मजीवों का जमाव। सूक्ष्मजीव कोलॉइडल कणों के समान जमा हो सकते हैं। यह निक्षेपण उपसतही जल में एक वांछित घटना है, क्योंकि जलभृत अंततः जलभृतों के पुनर्भरण के दौरान इंजेक्ट किए गए सूक्ष्मजीवों को छानता है। दूसरी ओर, इस तरह का जमाव मानव दांतों की सतह पर अत्यधिक अवांछित है क्योंकि यह दंत पट्टिकाओं की उत्पत्ति का प्रतिनिधित्व करता है। सूक्ष्मजीवों का जमाव बायोफिल्म के निर्माण में भी प्रासंगिक है। एडसोर्प्शन एरोसोल बायोफिल्म कोलॉइड डी. एल. वी. ओ. सिद्धांत डबल लेयर फोर्सेज इलेक्ट्रिकल डबल लेयर फाउलिंग नैनोपार्टिकल पार्टिकल एग्रिगेशन पॉलीइलेक्ट्रोलाइट एडसोर्प्शन पॉलिमर एडसोर्प्शन प्रोटीन एडसोर्प्शन रैंडम सीक्वेंशियल एडसोर्प्शन सरफेस चार्ज वैन डेर वाल्स फोर्स संदर्भ रसायन विज्ञान सामग्री विज्ञान कोलॉइडल रसायन विज्ञान