Electrorheological fluid
इलेक्ट्रोरिओलॉजिकल (ई. आर.) तरल पदार्थ एक विद्युत अवरोधक तरल पदार्थ में अत्यंत महीन गैर-संवाहक लेकिन विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 माइक्रोमीटर व्यास तक) के निलंबन हैं। इन तरल पदार्थों की स्पष्ट चिपचिपाहट एक विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से प्रतिवर्ती रूप से बदलती है। उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट ई. आर. द्रव एक तरल की स्थिरता से जेल की स्थिरता तक जा सकता है, और मिलीसेकंड के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस जा सकता है। इस प्रभाव को कभी-कभी इसके खोजकर्ता, अमेरिकी आविष्कारक विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में प्रभाव पर अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया और 1949 में प्रकाशित एक लेख लिखा। ई. आर. प्रभाव स्पष्ट चिपचिपाहट में परिवर्तन लागू विद्युत क्षेत्र पर निर्भर करता है, अर्थात। प्लेटों के बीच की दूरी से विभाजित क्षमता। परिवर्तन चिपचिपाहट में एक साधारण परिवर्तन नहीं है, इसलिए इन तरल पदार्थों को अब पुराने शब्द इलेक्ट्रो विस्कस तरल पदार्थों के बजाय ईआर तरल पदार्थों के रूप में जाना जाता है। प्रभाव को बेहतर ढंग से विद्युत क्षेत्र पर निर्भर कतरनी उपज तनाव के रूप में वर्णित किया जाता है। सक्रिय होने पर एक ई. आर. द्रव एक बिंघम प्लास्टिक (एक प्रकार की विस्कोइलास्टिक सामग्री) के रूप में व्यवहार करता है, जिसमें एक उपज बिंदु होता है जो विद्युत क्षेत्र की ताकत से निर्धारित होता है। उपज बिंदु तक पहुँचने के बाद, तरल पदार्थ एक तरल पदार्थ के रूप में कतरता है, अर्थात। वृद्धिशील कतरनी तनाव कतरनी की दर के समानुपाती होता है (एक न्यूटोनियन तरल पदार्थ में कोई उपज बिंदु नहीं होता है और तनाव कतरनी के सीधे समानुपाती होता है)। अतः प्रयुक्त विद्युत क्षेत्र को समायोजित करके द्रव की गति के प्रतिरोध को नियंत्रित किया जा सकता है। संरचना और सिद्धांत ई. आर. तरल पदार्थ एक प्रकार के स्मार्ट तरल पदार्थ हैं। एक साधारण ई. आर. तरल पदार्थ को हल्के वनस्पति तेल या (बेहतर) सिलिकॉन तेल में कॉर्नफ्लोर मिलाकर बनाया जा सकता है। प्रभाव की व्याख्या करने के लिए दो मुख्य सिद्धांत हैंः अंतरफलक तनाव या 'जल सेतु' सिद्धांत, और स्थिरविद्युत सिद्धांत। जल सेतु सिद्धांत एक तीन चरण प्रणाली मानता है, कणों में तीसरा चरण होता है जो एक और तरल है (जैसे। पानी) मुख्य चरण तरल के साथ अमिश्रणीय (जैसे। तेल)। कोई लागू विद्युत क्षेत्र नहीं होने के कारण तीसरा चरण कणों के प्रति दृढ़ता से आकर्षित होता है और कणों के भीतर रहता है। इसका मतलब है कि ई. आर. द्रव कणों का एक निलंबन है, जो एक तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो ऑस्मोसिस द्वारा कणों के एक तरफ चलाया जाता है और निकटवर्ती कणों को एक साथ बांधकर श्रृंखला बनाता है। इस श्रृंखला संरचना का मतलब है कि ई. आर. द्रव ठोस हो गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली को मानता है, जिसमें परावैद्युत कण एक विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो चुंबक संबंधी द्रव (एम. आर.) तरल पदार्थ कैसे काम करते हैं, इसके अनुरूप है। एक ई. आर. द्रव का निर्माण एक अवाहक में लेपित चालक से बने ठोस चरण के साथ किया गया है। ई. आर. द्रव स्पष्ट रूप से जल सेतु मॉडल द्वारा काम नहीं कर सकता है। हालाँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ई. आर. तरल पदार्थ स्थिरविद्युत प्रभाव द्वारा काम करते हैं, यह साबित नहीं करता है कि सभी ई. आर. तरल पदार्थ ऐसा करते हैं। एक ई. आर. द्रव होने का लाभ जो स्थिरविद्युत प्रभाव पर काम करता है, रिसाव धारा का उन्मूलन है, अर्थात। संभवतः कोई प्रत्यक्ष धारा नहीं है। बेशक, चूंकि ई. आर. उपकरण संधारित्र के रूप में विद्युत रूप से व्यवहार करते हैं, और ई. आर. प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, इसलिए एक वैकल्पिक धारा की उम्मीद की जानी चाहिए। कण विद्युत रूप से सक्रिय होते हैं। वे फेरोइलेक्ट्रिक हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक इन्सुलेटर, या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों के साथ लेपित एक संवाहक सामग्री से बने हो सकते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संवाहक सामग्री के मामले में, कणों में एक उच्च परावैद्युत स्थिरांक होगा। यहाँ एक चालक के परावैद्युत स्थिरांक के बारे में कुछ भ्रम हो सकता है, लेकिन "यदि एक उच्च पराबैद्युत स्थिरांक वाली सामग्री को एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण पराबैद्युत के आयतन के भीतर मापने योग्य रूप से कम हो जाएगा" (मुख्य पृष्ठः पराबैद्युत स्थिरांक देखें), और चूंकि एक आदर्श चालक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में एक चालक का पराबैद्युत स्थिरांक अनंत है। ई. आर. प्रभाव को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक इलेक्ट्रोड की ज्यामिति है। समानांतर खांचे वाले इलेक्ट्रोड की शुरुआत ने ई. आर. प्रभाव में मामूली वृद्धि दिखाई लेकिन लंबवत खांचे वाले इलेक्ट्रोड ने ई. आर. प्रभाव को दोगुना कर दिया। विद्युत ध्रुवीकरण योग्य सामग्री के साथ इलेक्ट्रोड को कोटिंग करके ई. आर. प्रभाव में बहुत अधिक वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह डाइलेक्ट्रोफोरेसिस के सामान्य नुकसान को एक उपयोगी प्रभाव में बदल देता है। इसका ई. आर. द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव पड़ता है। विशाल इलेक्ट्रोरेओलॉजिकल (जी. ई. आर.) तरल पदार्थ की खोज 2003 में की गई थी, और यह कई अन्य ई. आर. तरल पदार्थों की तुलना में उच्च उपज शक्ति को बनाए रखने में सक्षम है। जी. ई. आर. तरल पदार्थ में सिलिकॉन तेल में लटकाये गए बेरियम टाइटेनियम ऑक्सालेट के युरिया लेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च परावैद्युत स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और युरिया कोटिंग के कारण होती है। जी. ई. आर. का एक अन्य लाभ यह है कि विद्युत क्षेत्र की शक्ति और उपज शक्ति के बीच संबंध विद्युत क्षेत्र के 1 केवी/मिमी तक पहुंचने के बाद रैखिक होता है। जी. ई. आर. एक उच्च उपज शक्ति है, लेकिन कई अन्य ई. आर. तरल पदार्थों की तुलना में कम विद्युत क्षेत्र शक्ति और कम धारा घनत्व वाला तरल पदार्थ है। निलंबन की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है। प्रमुख चिंता कणों की तैयारी के लिए ऑक्सीलिक एसिड का उपयोग है क्योंकि यह एक मजबूत कार्बनिक एसिड है। अनुप्रयोग ई. आर. तरल पदार्थों का सामान्य अनुप्रयोग तेजी से काम करने वाले हाइड्रोलिक वाल्व और चंगुल में होता है, जिसमें प्लेटों के बीच अलगाव 1 मिमी के क्रम में होता है और लागू क्षमता 1 केवी के क्रम में होती है। सरल शब्दों में, जब विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो एक ई. आर. हाइड्रोलिक वाल्व को बंद कर दिया जाता है या ई. आर. क्लच की प्लेटों को एक साथ बंद कर दिया जाता है, जब विद्युत क्षेत्र को हटा दिया जाता है तो ई. आर. हाइड्रोलिक वाल्व खुला होता है या क्लच प्लेटों को अलग कर दिया जाता है। अन्य सामान्य अनुप्रयोग ई. आर. ब्रेक में हैं (ब्रेक को एक तरफ स्थिर क्लच के रूप में सोचें) और शॉक अवशोषक (जिसे बंद हाइड्रोलिक सिस्टम के रूप में सोचा जा सकता है जहां शॉक का उपयोग वाल्व के माध्यम से तरल पदार्थ पंप करने की कोशिश करने के लिए किया जाता है)। इन तरल पदार्थों के कई नए उपयोग हैं। संभावित उपयोग सटीक अपघर्षक पॉलिशिंग और हैप्टिक नियंत्रकों और स्पर्श प्रदर्शन के रूप में हैं। ई. आर. द्रव के लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में संभावित अनुप्रयोग होने का भी प्रस्ताव किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ को रोल करने योग्य स्क्रीन और कीपैड जैसे तत्वों में शामिल किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ की चिपचिपाहट बदलने वाले गुण रोल करने योग्य तत्वों को उपयोग के लिए कठोर होने की अनुमति देते हैं, और उपयोग में नहीं होने पर भंडारण के लिए रोल करने और वापस लेने के लिए लचीला होता है। मोटोरोला ने 2006 में मोबाइल उपकरण अनुप्रयोगों के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। समस्याएँ और लाभ एक बड़ी समस्या यह है कि ई. आर. तरल पदार्थ निलंबन होते हैं, इसलिए समय के साथ वे ठीक हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ई. आर. तरल पदार्थ इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व से मेल खाते हुए, या नैनोकणों का उपयोग करके निपटते हैं, जो ई. आर. तरल पदार्थों को चुंबकत्वीय तरल पदार्थों के विकास के अनुरूप लाते हैं। एक अन्य समस्या यह है कि हवा का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 केवी/मिमी है, जो ईआर उपकरणों के संचालन के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के पास है। एक लाभ यह है कि एक ई. आर. उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की तुलना में काफी अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, अर्थात। यह एक पावर एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। लेकिन मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। इतनी बड़ी मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तेजी से नियंत्रित करने में सक्षम कुछ अन्य प्रभाव हैं। दुर्भाग्य से, कतरनी या प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश विद्युत-धार्मिक तरल पदार्थों द्वारा अनुभव की जाने वाली स्पष्ट चिपचिपाहट में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ई. आर. द्रव एक न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय "अर्ध-कठोर कीचड़" में बदल जाता है। हालांकि, एक लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन तब प्राप्त किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोरेओलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है। इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरेओलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले और बहुत प्रभावी चंगुल प्रदान करने के लिए किया गया है। कॉन्टिनम यांत्रिकी डेबी-फाल्कनहेगन प्रभाव इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर इलेक्ट्रोडहेशन इलेक्ट्रोविस्कस प्रभाव फेरोफ्लुइड द्रव यांत्रिकी मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव इलेक्ट्रोवेटिंग स्मार्ट द्रव संदर्भ स्मार्ट सामग्री