Nanofluidics
نانوفلوئڈکس ان سیالوں کے رویے، ہیرا پھیری اور کنٹرول کا مطالعہ ہے جو نینومیٹر (عام طور پر 1-100 nm) خصوصیت کے طول و عرض (1 nm = 10−9 m) کے ڈھانچوں تک محدود ہیں۔ ان ڈھانچوں میں محدود سیال جسمانی طرز عمل کی نمائش کرتے ہیں جو بڑے ڈھانچوں میں مشاہدہ نہیں ہوتے ہیں، جیسے کہ مائکرو میٹر طول و عرض اور اس سے اوپر کے، کیونکہ سیال کی خصوصیت جسمانی اسکیلنگ لمبائی، (جیسے۔ ڈیبی لمبائی، ہائیڈروڈائنامک رداس) نینو اسٹرکچر کے طول و عرض کے ساتھ بہت قریب سے مطابقت رکھتا ہے۔ جب ڈھانچے سالماتی اسکیلنگ کی لمبائی کے مطابق سائز کے نظام تک پہنچتے ہیں، تو سیال کے رویے پر نئی جسمانی رکاوٹیں رکھی جاتی ہیں۔ مثال کے طور پر، یہ جسمانی رکاوٹیں سیال کے علاقوں کو نئی خصوصیات کی نمائش کرنے پر آمادہ کرتی ہیں جو بلک میں نہیں دیکھی گئیں، جیسے۔ سوراخ کی دیوار کے قریب واسکاسٹی میں بہت زیادہ اضافہ ہوا ہے۔ وہ تھرموڈینامک خصوصیات میں تبدیلیوں کو متاثر کر سکتے ہیں اور سیال ٹھوس انٹرفیس پر پرجاتیوں کی کیمیائی رد عمل کو بھی تبدیل کر سکتے ہیں۔ ایک خاص طور پر متعلقہ اور مفید مثال نینوپورس میں محدود الیکٹرولائٹ حل کے ذریعے دکھائی جاتی ہے جس میں سطح کے چارجز ہوتے ہیں، یعنی۔ برقی انٹرفیس پر، جیسا کہ ساتھ والی شکل میں نینو کیپلری ایرے جھلی (این سی اے ایم) میں دکھایا گیا ہے۔ تمام برقی انٹرفیس سطح کے قریب ایک منظم چارج کی تقسیم کو جنم دیتے ہیں جسے برقی ڈبل پرت کہا جاتا ہے۔ نینو میٹر طول و عرض کے سوراخوں میں برقی ڈبل پرت نینو پور کی چوڑائی کو مکمل طور پر پھیلا سکتی ہے، جس کے نتیجے میں سیال کی ساخت اور ساخت میں سیال کی حرکت کی متعلقہ خصوصیات میں ڈرامائی تبدیلیاں آتی ہیں۔ مثال کے طور پر، سوراخ کی سطح سے حجم کے تناسب میں زبردست اضافہ ہونے کے نتیجے میں کاؤنٹر آئنوں کی برتری ہوتی ہے (یعنی۔ کو-آئنوں پر جامد دیوار کے چارجز کے مخالف چارج شدہ آئن (جو دیوار کے چارجز کی طرح ہی نشان رکھتے ہیں)، بہت سے معاملات میں کو-آئنوں کے قریب مکمل اخراج کے لیے، جیسے کہ سوراخ میں صرف ایک آئنک نوع موجود ہوتی ہے۔ اس کا استعمال سوراخ کی لمبائی کے ساتھ انتخابی قطعیت والی انواع کے ہیرا پھیری کے لیے کیا جا سکتا ہے تاکہ غیر معمولی سیال ہیرا پھیری کی اسکیمیں حاصل کی جا سکیں جو مائکرو میٹر اور بڑے ڈھانچوں میں ممکن نہیں ہیں۔ 1965 میں، رائس اور وائٹ ہیڈ نے طویل (مثالی طور پر لامحدود) نینو میٹر قطر کی کیپلیریوں میں الیکٹرولائٹ حل کی نقل و حمل کے نظریہ میں بنیادی شراکت شائع کی۔ مختصر طور پر، پوٹینشل، φ، شعاعی فاصلے پر، r، پوسن-بولٹزمین مساوات کے ذریعے دیا جاتا ہے، جہاں κ الٹا ڈیبی لمبائی ہے، جس کا تعین آئن نمبر کثافت، n، ڈائی الیکٹرک مستقل، ε، بولٹزمین مستقل، k، اور درجہ حرارت، T سے ہوتا ہے۔ پوٹینشل کو جان کر، φ (r)، چارج کثافت کو پھر پوسن مساوات سے بازیافت کیا جا سکتا ہے، جس کے حل کو پہلی قسم کے ترمیم شدہ بیسل فنکشن، I0 کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے، اور کیپلیری ریڈیئس، a تک اسکیل کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد مشترکہ دباؤ اور برقی طور پر چلنے والے بہاؤ کے تحت حرکت کی مساوات لکھی جا سکتی ہے، جہاں η چپچپا ہے، dp/dz دباؤ کا میلان ہے، اور Fz دوہری پرت میں خالص چارج کثافت پر لاگو برقی میدان، Ez کے عمل سے چلنے والی جسمانی قوت ہے۔ جب کوئی اطلاق شدہ دباؤ نہیں ہوتا ہے، تو رفتار کی شعاعی تقسیم اس طرح دی جاتی ہے، مندرجہ بالا مساوات سے، اس کے بعد یہ ہوتا ہے کہ نینو کیپلیریوں میں سیال کا بہاؤ κa پروڈکٹ، یعنی ڈیبی لمبائی اور سوراخ کے رداس کے متعلقہ سائز سے کنٹرول ہوتا ہے۔ ان دو پیرامیٹرز اور نینو پورز کی سطح کے چارج کی کثافت کو ایڈجسٹ کرکے، سیال کے بہاؤ کو اپنی مرضی کے مطابق ہیرا پھیری کی جا سکتی ہے۔ اس حقیقت کے باوجود کہ نانوفلوئڈکس عام بڑے پیمانے کے سیال میکانکس کے مقابلے میں مکمل طور پر نئے مظاہر کو جنم دیتا ہے، آئسوٹروپک نانوفلوئڈک نظاموں میں مومنٹم ٹرانسپورٹ کو کنٹرول کرنے والا ایک بنیادی تسلسل نظریہ تیار کرنا ممکن ہے۔ یہ نظریہ، جو کلاسیکی نیویئر-اسٹوکس مساوات کو بڑھاتا ہے، نینومیٹر کی لمبائی پر سسٹمز کے کمپیوٹر سیمولیشن کے ساتھ بہترین اتفاق ظاہر کرتا ہے۔ تانے بانے نینو اسٹرکچرز کو سلکان، گلاس، پولیمر جیسے مواد سے سنگل سلنڈریکل چینلز، نینوسلیٹس، یا نینو چینل صفوں کے طور پر تیار کیا جا سکتا ہے۔ پی ایم ایم اے، پی ڈی ایم ایس، پی سی ٹی ای) اور مصنوعی پھوڑے۔ معیاری فوٹوولتھگرافی، بلک یا سرفیس مائکرو مشیننگ، ریپلیکیشن تکنیک (ایمبوسنگ، پرنٹنگ، کاسٹنگ اور انجیکشن مولڈنگ)، اور نیوکلیئر ٹریک یا کیمیائی نقاشی، عام طور پر ایسے ڈھانچے بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں جو خصوصیت والے نینو فلوڈک رویے کی نمائش کرتے ہیں۔ ایپلی کیشنز سیال نالیوں کے چھوٹے سائز کی وجہ سے، نینو فلوڈک ڈھانچے قدرتی طور پر ان حالات میں لاگو ہوتے ہیں جن میں نمونوں کو بہت کم مقدار میں ہینڈل کرنے کا مطالبہ کیا جاتا ہے، بشمول کولٹر گنتی، تجزیاتی علیحدگی اور حیاتیاتی سالمات کا تعین، جیسے پروٹین اور ڈی این اے، اور بڑے پیمانے پر محدود نمونوں کی آسان ہینڈلنگ۔ نینو فلوڈکس کے زیادہ امید افزا شعبوں میں سے ایک مائیکرو فلوڈک سسٹمز میں انضمام کی صلاحیت ہے، یعنی۔ مائکروٹوٹل تجزیاتی نظام یا لیب-آن-اے-چپ ڈھانچے۔ مثال کے طور پر، این سی اے ایم، جب مائیکرو فلوڈک آلات میں شامل کیے جاتے ہیں، تو وہ دوبارہ ڈیجیٹل سوئچنگ انجام دے سکتے ہیں، جس سے ایک مائیکرو فلوڈک چینل سے دوسرے مائیکرو فلوڈک چینل میں سیال کی منتقلی کی اجازت ملتی ہے، سلیکٹیویٹی الگ ہوتی ہے اور تجزیہ کاروں کو سائز اور کمیت کے لحاظ سے منتقل کرتی ہے، ری ایکٹینٹس کو مؤثر طریقے سے ملاتی ہے، اور مختلف خصوصیات کے ساتھ سیالوں کو الگ کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، نینو فلوڈک ڈھانچوں کی سیال کو سنبھالنے کی صلاحیتوں اور الیکٹرانوں اور سوراخوں کے بہاؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے الیکٹرانک اجزاء کی صلاحیت کے درمیان ایک قدرتی مشابہت ہے۔ اس مشابہت کا استعمال فعال الیکٹرانک افعال جیسے اصلاح اور فیلڈ ایفیکٹ اور آئنک کرنٹس کے ساتھ بائی پولر ٹرانجسٹر ایکشن کو محسوس کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ نینو فلوئڈکس کا استعمال ٹیون ایبل مائکرولنز کی صف تیار کرنے کے لیے نینو آپٹکس پر بھی ہوتا ہے۔ نینو فلوئڈکس نے پی سی آر اور متعلقہ تکنیکوں کے لیے لیب آن اے چپ ڈیوائسز کی ترقی کے ساتھ بائیو ٹیکنالوجی، میڈیسن اور کلینیکل تشخیصی میں نمایاں اثر ڈالا ہے۔ کمپیوٹیشنل فلوئڈ ڈائنامکس کا استعمال کرتے ہوئے رینالڈز اور نوڈسن نمبر کے فنکشن کے طور پر سیال قوتوں کے لحاظ سے نینو پارٹیکلز کے ارد گرد بہاؤ کے میدانوں کے رویے کو سمجھنے کی کوششیں کی گئی ہیں۔ لفٹ، ڈریگ اور رینالڈز نمبر کے درمیان تعلق میکروسکل فلوئڈ ڈائنامکس کے مقابلے میں نینو اسکیل پر ڈرامائی طور پر مختلف دکھایا گیا ہے۔ چیلنجز کاربن نینو ٹیوبز اور نینو پائپز کے ذریعے مائع کے بہاؤ سے وابستہ مختلف قسم کے چیلنجز ہیں۔ مائع میں بڑے میکرو مالیکیولز کی وجہ سے چینل کو روکنا ایک عام واقعہ ہے۔ نیز، مائع میں کوئی بھی اگھلنشیل ملبہ آسانی سے ٹیوب کو بند کر سکتا ہے۔ اس محققین کے لیے ایک حل تلاش کرنے کی امید ہے کہ کم رگڑ کوٹنگ یا چینل مواد ہے جو ٹیوبوں کی بندش کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ نیز، بڑے پولیمر، بشمول حیاتیاتی طور پر متعلقہ مالیکیول جیسے ڈی این اے، اکثر ویو میں جوڑ جاتے ہیں، جس سے رکاوٹیں پیدا ہوتی ہیں۔ وائرس کے عام ڈی این اے مالیکیولز کی لمبائی تقریبا ہوتی ہے۔ 100-200 کلو بیس اور 20 ٪ پر آبی محلول میں تقریبا 700 nm رداس کا بے ترتیب کنڈلی بنائے گا۔ یہ بڑے کاربن پائپوں کے سوراخ کے قطر سے بھی کئی گنا زیادہ ہے اور شدت کے دو درجے ایک دیوار والے کاربن نینو ٹیوب کے قطر سے بھی زیادہ ہیں۔ یہ بھی دیکھیں نینو میکانکس نینو ٹیکنالوجی مائکرو فلوڈکس نینو فلوڈک سرکٹری حوالہ جات نینو ٹیکنالوجی سیال حرکیات تجزیاتی کیمسٹری سطح سائنس مواد سائنس جا: