Nanofluidics
நானோ திரவம் என்பது நானோமீட்டர் (பொதுவாக 1-100 nm) சிறப்பியல்பு பரிமாணங்களின் (1 nm = 10−9 m) கட்டமைப்புகளுடன் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட திரவங்களின் நடத்தை, கையாளுதல் மற்றும் கட்டுப்பாடு பற்றிய ஆய்வு ஆகும். இந்த கட்டமைப்புகளில் உள்ள திரவங்கள் மைக்ரோமீட்டர் பரிமாணங்கள் மற்றும் அதற்கு மேற்பட்ட பெரிய கட்டமைப்புகளில் காணப்படாத உடல் நடத்தைகளை வெளிப்படுத்துகின்றன, ஏனெனில் திரவத்தின் சிறப்பியல்பு உடல் அளவீட்டு நீளங்கள், (எ. கா. டெபை நீளம், ஹைட்ரோடினமிக் ஆரம்) நானோ கட்டமைப்பின் பரிமாணங்களுடன் மிகவும் நெருக்கமாக ஒத்துப்போகிறது. மூலக்கூறு அளவீட்டு நீளங்களுடன் தொடர்புடைய அளவு ஆட்சியை கட்டமைப்புகள் அணுகும்போது, திரவத்தின் நடத்தையில் புதிய இயற்பியல் கட்டுப்பாடுகள் வைக்கப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, இந்த இயற்பியல் கட்டுப்பாடுகள் திரவத்தின் பகுதிகளை மொத்தமாக கவனிக்கப்படாத புதிய பண்புகளை வெளிப்படுத்த தூண்டுகின்றன, எ. கா. துளை சுவருக்கு அருகே பெருமளவில் அதிகரித்த பாகுத்தன்மை; அவை வெப்ப இயக்கவியல் பண்புகளில் மாற்றங்களை ஏற்படுத்தக்கூடும், மேலும் திரவ-திட இடைமுகத்தில் உயிரினங்களின் வேதியியல் வினைத்திறனையும் மாற்றக்கூடும். மேற்பரப்பு கட்டணங்களைக் கொண்ட நானோபோர்களில் வரையறுக்கப்பட்ட எலக்ட்ரோலைட் கரைசல்களால் குறிப்பாக பொருத்தமான மற்றும் பயனுள்ள எடுத்துக்காட்டு காட்டப்படுகிறது, அதாவது. மின்மயமாக்கப்பட்ட இடைமுகங்களில், நானோ கேபில்லரி வரிசை சவ்வில் (என். சி. ஏ. எம்) காட்டப்பட்டுள்ளபடி. அனைத்து மின்மயமாக்கப்பட்ட இடைமுகங்களும் மின் இரட்டை அடுக்கு என்று அழைக்கப்படும் மேற்பரப்புக்கு அருகில் ஒரு ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட சார்ஜ் விநியோகத்தைத் தூண்டுகின்றன. நானோமீட்டர் பரிமாணங்களின் துளைகளில் மின் இரட்டை அடுக்கு நானோபோர் அகலத்தை முழுமையாக விரிவுபடுத்தலாம், இதன் விளைவாக திரவத்தின் கலவையில் வியத்தகு மாற்றங்கள் மற்றும் கட்டமைப்பில் திரவ இயக்கத்தின் தொடர்புடைய பண்புகள் ஏற்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, துளைகளின் மேற்பரப்பு-தொகுதி விகிதத்தை கடுமையாக மேம்படுத்துவது எதிர்-அயனிகளின் முன்னுரிமையை விளைவிக்கிறது (அதாவது. நிலையான சுவர் மின்னூட்டங்களுக்கு நேர்மாறாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகள்) இணை அயனிகளின் மீது (சுவர் மின்னூட்டங்களின் அதே அடையாளத்தைக் கொண்டுள்ளன), பல சந்தர்ப்பங்களில் இணை அயனிகளை கிட்டத்தட்ட முழுமையாக விலக்குவதற்கு, அதாவது துளையில் ஒரே ஒரு அயனி இனங்கள் மட்டுமே உள்ளன. மைக்ரோமீட்டர் மற்றும் பெரிய கட்டமைப்புகளில் சாத்தியமில்லாத அசாதாரண திரவ கையாளுதல் திட்டங்களை அடைய துளை நீளத்துடன் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட துருவமுனைப்புடன் இனங்களை கையாள இது பயன்படுத்தப்படலாம். 1965 ஆம் ஆண்டில், ரைஸ் மற்றும் வைட்ஹெட் நீண்ட (வெறுமனே எல்லையற்ற) நானோமீட்டர்-விட்டம் கொண்ட தந்துகிகளில் எலக்ட்ரோலைட் கரைசல்களின் போக்குவரத்துக் கோட்பாட்டிற்கான அடிப்படை பங்களிப்பை வெளியிட்டனர். சுருக்கமாக, ரேடியல் தூரத்தில் உள்ள ஆற்றல், φ, r, பாய்சான்-போல்ட்ஸ்மேன் சமன்பாட்டால் வழங்கப்படுகிறது, அங்கு κ என்பது எதிர் டெபை நீளம், இது அயனி எண் அடர்த்தி, n, மின்கடத்தா மாறிலி, ε, போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி, k மற்றும் வெப்பநிலை, T ஆகியவற்றால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. ஒருங்கிணைந்த அழுத்தம் மற்றும் மின்சாரத்தால் இயக்கப்படும் ஓட்டத்தின் கீழ் இயக்கத்தின் சமன்பாட்டை பின்னர் எழுதலாம், அங்கு η என்பது பாகுத்தன்மை, dp/dz என்பது அழுத்த சாய்வு, மற்றும் Fz என்பது இரட்டை அடுக்கில் நிகர சார்ஜ் அடர்த்தியில் பயன்படுத்தப்பட்ட மின்சார புலம், Ez இன் செயல்பாட்டால் இயக்கப்படும் உடல் விசை. பயன்படுத்தப்படும் அழுத்தம் இல்லாதபோது, வேகத்தின் ரேடியல் விநியோகம் பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறது, மேலே உள்ள சமன்பாட்டிலிருந்து, நானோ கேபில்லரிகளில் திரவ ஓட்டம் κa பெருக்கல், அதாவது டெபை நீளம் மற்றும் துளை ஆரம் ஆகியவற்றின் ஒப்பீட்டு அளவுகளால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது. இந்த இரண்டு அளவுருக்களையும் நானோபோர்களின் மேற்பரப்பு சார்ஜ் அடர்த்தியையும் சரிசெய்வதன் மூலம், திரவ ஓட்டத்தை விரும்பியபடி கையாள முடியும். சாதாரண பெரிய அளவிலான திரவ இயக்கவியலுடன் ஒப்பிடுகையில் நானோஃப்ளூயிடிக்ஸ் முற்றிலும் புதிய நிகழ்வுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது என்ற உண்மை இருந்தபோதிலும், ஐசோட்ரோபிக் நானோஃப்ளூயிடிக் அமைப்புகளில் வேகப் போக்குவரத்தை நிர்வகிக்கும் ஒரு அடிப்படை தொடர்ச்சியான கோட்பாட்டை உருவாக்க முடியும். கிளாசிக்கல் நேவியர்-ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாட்டை விரிவுபடுத்தும் இந்தக் கோட்பாடு, நானோமீட்டர் நீளத்தில் உள்ள அமைப்புகளின் கணினி உருவகப்படுத்துதல்களுடன் சிறந்த உடன்பாட்டைக் காட்டுகிறது. சிலிக்கான், கண்ணாடி, பாலிமர்கள் (எ. கா. நானோ கட்டமைப்புகள்) போன்ற பொருட்களிலிருந்து ஒற்றை உருளை அலைவரிசைகள், நானோசிலிட்டுகள் அல்லது நானோசேனல் வரிசைகளாக நானோ கட்டமைப்புகள் உருவாக்கப்படலாம். பி. எம். எம். ஏ, பி. டி. எம். எஸ், பி. சி. டி. இ) மற்றும் செயற்கை வெசிகிள்ஸ். நிலையான ஃபோட்டோலிதோகிராஃபி, மொத்த அல்லது மேற்பரப்பு மைக்ரோ மெஷினிங், ரெப்ளிகேஷன் நுட்பங்கள் (எம்போசிங், பிரிண்டிங், காஸ்டிங் மற்றும் இன்ஜெக்ஷன் மோல்டிங்) மற்றும் நியூக்ளியர் டிராக் அல்லது ரசாயன பொறித்தல் ஆகியவை பொதுவாக நானோஃப்ளூயிடிக் நடத்தையை வெளிப்படுத்தும் கட்டமைப்புகளை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பயன்பாடுகள் திரவக் குழாய்களின் சிறிய அளவு காரணமாக, நானோஃப்ளூயிடிக் கட்டமைப்புகள் இயற்கையாகவே மாதிரிகள் மிகக் குறைந்த அளவில் கையாளப்பட வேண்டும் என்று கோரும் சூழ்நிலைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இதில் கூல்டர் எண்ணிக்கை, பகுப்பாய்வு பிரிப்புகள் மற்றும் புரதங்கள் மற்றும் டி. என். ஏ போன்ற உயிரணு மூலக்கூறுகளின் தீர்மானங்கள் மற்றும் வெகுஜன வரையறுக்கப்பட்ட மாதிரிகளை எளிதாக கையாளுதல் ஆகியவை அடங்கும். நானோஃப்ளூயிடிக்ஸின் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய பகுதிகளில் ஒன்று, மைக்ரோஃப்ளூயிடிக் அமைப்புகளில் ஒருங்கிணைப்பதற்கான அதன் திறன், அதாவது. மைக்ரோடோட்டல் பகுப்பாய்வு அமைப்புகள் அல்லது ஆய்வக-மீது-ஒரு-சிப் கட்டமைப்புகள். எடுத்துக்காட்டாக, என். சி. ஏ. எம். க்கள், மைக்ரோஃப்ளூயிடிக் சாதனங்களில் இணைக்கப்படும்போது, டிஜிட்டல் மாற்றத்தை இனப்பெருக்கம் செய்ய முடியும், இது ஒரு மைக்ரோஃப்ளூயிடிக் சேனலில் இருந்து மற்றொரு மைக்ரோஃப்ளூயிடிக் சேனலுக்கு திரவத்தை மாற்ற அனுமதிக்கிறது, தேர்ந்தெடுக்கும் தன்மை தனித்தனியாக மற்றும் பகுப்பாய்வுகளை அளவு மற்றும் வெகுஜனத்தால் மாற்றுகிறது, எதிர்வினைகளை திறம்பட கலக்கிறது மற்றும் வேறுபட்ட பண்புகளுடன் திரவங்களை பிரிக்கிறது. கூடுதலாக, நானோஃப்ளூயிடிக் கட்டமைப்புகளின் திரவக் கையாளுதல் திறன்களுக்கும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளின் ஓட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் மின்னணு கூறுகளின் திறனுக்கும் இடையே ஒரு இயற்கையான ஒப்புமை உள்ளது. திருத்தம் மற்றும் புல விளைவு மற்றும் அயனி நீரோட்டங்களுடன் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் நடவடிக்கை போன்ற செயலில் உள்ள மின்னணு செயல்பாடுகளை உணர இந்த ஒப்புமை பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. நானோ ஃப்ளூயிடிக்ஸின் பயன்பாடு நானோ-ஆப்டிக்ஸில் ட்யூனபிள் மைக்ரோலென்ஸ் வரிசையை உற்பத்தி செய்வதற்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது, நானோஃப்ளூயிடிக்ஸ் பி. சி. ஆர் மற்றும் தொடர்புடைய நுட்பங்களுக்கான ஆய்வக-ஆன்-ஏ-சிப் சாதனங்களின் வளர்ச்சியுடன் உயிரி தொழில்நுட்பம், மருத்துவம் மற்றும் மருத்துவ நோயறிதலில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியுள்ளன. கணக்கீட்டு திரவ இயக்கவியலைப் பயன்படுத்தி ரெனால்ட்ஸ் மற்றும் க்னுட்ஸன் எண்ணின் செயல்பாடாக திரவ சக்திகளின் அடிப்படையில் நானோ துகள்களைச் சுற்றியுள்ள ஓட்டப் புலங்களின் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்ள முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. லிப்ட், டிராக் மற்றும் ரெனால்ட்ஸ் எண் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான உறவு மேக்ரோஸ்கேல் திரவ இயக்கவியலுடன் ஒப்பிடும்போது நானோ அளவுகோலில் வியத்தகு முறையில் வேறுபடுவதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது. சவால்கள் கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் நானோ குழாய்கள் மூலம் திரவங்களின் ஓட்டத்துடன் தொடர்புடைய பல்வேறு சவால்கள் உள்ளன. திரவத்தில் உள்ள பெரிய பெரிய மூலக்கூறுகள் காரணமாக சேனல் தடுப்பது ஒரு பொதுவான நிகழ்வாகும். மேலும், திரவத்தில் உள்ள எந்தவொரு கரையாத குப்பைகளும் குழாயை எளிதில் அடைக்கலாம். குழாய்களைத் தடுப்பதை குறைக்க உதவும் குறைந்த உராய்வு பூச்சு அல்லது சேனல் பொருட்கள் இந்த ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கான ஒரு தீர்வாகும். மேலும், டிஎன்ஏ போன்ற உயிரியல் ரீதியாக பொருத்தமான மூலக்கூறுகள் உட்பட பெரிய பாலிமர்கள், பெரும்பாலும் விவோவில் மடிக்கப்பட்டு, அடைப்புகளை ஏற்படுத்துகின்றன. ஒரு வைரஸின் வழக்கமான டிஎன்ஏ மூலக்கூறுகள் தோராயமாக நீளம் கொண்டவை. 100-200 கிலோபேஸ்கள் மற்றும் 20 சதவீதத்தில் நீரிய கரைசலில் சுமார் 700 நானோமீட்டர் ஆரம் கொண்ட சீரற்ற சுருளை உருவாக்கும். இது கூட பெரிய கார்பன் குழாய்களின் துளை விட்டத்தை விட பல மடங்கு பெரியது மற்றும் ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாயின் விட்டம் கொண்ட இரண்டு வரிசைகள். மேலும் காண்க நானோ மெக்கானிக்ஸ் நானோ டெக்னாலஜி மைக்ரோஃப்ளூயிடிக்ஸ் நானோஃப்ளூயிடிக் சர்க்யூட்ரி குறிப்புகள் நானோ டெக்னாலஜி திரவ இயக்கவியல் பகுப்பாய்வு வேதியியல் மேற்பரப்பு அறிவியல் பொருட்கள் அறிவியல் ஜாஃ