전기유체역학

Electrohydrodynamics

전기유체역학(EFD) 또는 전기키네틱스로도 알려진 전기유체역학(EHD)은 전기충전 유체의 역학을 연구하는 학문이다.[1] 그것은 이온화된 입자나 분자의 움직임과 전기장 및 주변 유체와의 상호작용에 대한 연구다. 이 용어는 다소 정교한 전기강화수역학과 동의어로 간주될 수 있다. ESHD는 다음과 같은 종류의 입자 및 유체 이동 메커니즘을 포함한다: 전기영동, 전기영동, 전기영동, 전기영동, 전기오류. 일반적으로 이러한 현상은 전기 에너지가 운동에너지로 직접 전환되는 것과 관련이 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지다.

첫 번째 경우, 형상의 정전기장(ESF)은 유전체 매체에 정수압(HSP 또는 모션)을 생성한다. 그러한 매체가 액체일 때 흐름이 생성된다. 유전체가 진공 또는 고형인 경우 유량이 생성되지 않는다. 이러한 흐름은 일반적으로 전극을 이동하기 위해 전극을 향할 수 있다. 이 경우 이동구조는 전기 모터 역할을 한다. EHD의 실제 관심 분야는 공통 공기 이오나이저, 전기 유압 스러스터 및 EHD 냉각 시스템이다.

두 번째 경우에는 반전이 일어난다. 형상의 정전기장 내에서 동력을 공급받는 매체의 흐름은 전극에 의해 전위차이로 집히는 시스템에 에너지를 더한다. 이 경우 구조물은 발전기 역할을 한다.

전기키네시스

"Electrokinesis"는 여기서 리디렉션된다. 전기를 조작하는 가상의 초인적인 능력은 전기 또는 자기 능력을 가진 허구의 등장인물들을 참조하라.

전기는 순 이동 전하를 가진 유체에 작용하는 전장에 의해 생성되는 입자 또는 유체 수송이다. ( -kinesis 접미사의 설명 및 추가 용도는 -kinesis를 참조하십시오.) 일렉트로키네시스(Electrokinesis)는 1808년, 점토 입자의 전기영역에서 페르디난드 프레데릭 르우스에 의해 처음 관찰되었다. 그 효과는 1920년대에 토마스 타운젠드 브라운에 의해서도 주목을 받고 공표되었다. 그가 비펠드-브라운 효과라고 불렀지만, 중력에 작용하는 전기장으로 잘못 인식한 것 같다.[3] 그러한 메커니즘에서의 유량은 전기장에서 선형이다. 미세유체학에서는 전기장만을 사용하여 미세 시스템에서 액체를 조작하고 운반할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 전기유체학에서는 상당히 실용적인 중요성을 지니고 있다.[4][5][6]

유체에 작용하는 힘은 방정식에 의해 주어진다.

여기서, 은 뉴턴으로 측정한 결과 힘, I 은 전류, 은 전극 간 거리, m/(V2/s)로 측정한 은 유전체 유체의 이온 이동 계수다.

만약 전극이 서로로부터 거리를 고정시키면서 유체 내에서 자유롭게 움직일 수 있다면, 그러한 힘은 실제로 유체에 대하여 전극을 밀어낼 것이다.

전기키네시스(Electrokinesis)는 생물학에서도 관찰되었는데, 여기서 세포막 내의 움직임을 부추겨 뉴런에 물리적 손상을 입히는 것으로 밝혀졌다.[7][8] 그것은 R. J. Elul의 "세포막의 고정 전하" (1967년)에서 논의된다.

물전기키네틱스

2003년 10월, 대니얼 궈 박사, 래리 코스티우크 박사, 앨버타 대학 대학원생 2명은 압력차가 있는 작은 마이크로 채널을 통해 액체를 펌핑하여 일반 수돗물 같은 액체의 자연적인 전기유동학적 특성을 이용하여 전기 에너지 전환으로 유체역학적으로 전환하는 방법을 논의하였다.[9] 이 기술은 언젠가 휴대폰이나 계산기와 같은 장치에 실용적이고 깨끗한 에너지 저장 장치를 제공할 수 있을 것이다. 이 장치는 단순히 고압으로 물을 퍼 올리는 것만으로 충전될 것이다. 그런 다음 마이크로 채널에서 유체 흐름이 발생하도록 압력이 요청 시 방출될 것이다. 물이 흐를 때, 또는 표면 위로 물이 흐를 때, 이온들은 고체에 대해 "거품"이 되고, 표면은 약간 충전된다. 따라서 움직이는 이온에서 나오는 운동 에너지는 전기 에너지로 변환될 것이다. 단일 채널에서 발생하는 전력은 극히 작지만 수백만 개의 병렬 마이크로 채널을 사용하여 출력량을 늘릴 수 있다. 이 스트리밍 잠재력, 물 흐름 현상은 1859년 독일의 물리학자 게오르크 헤르만 킨케에 의해 발견되었다.[citation needed][5][6][10]

전기 키네틱 불안정성

미세유체 및 나노유체 장치의 유체 흐름은 종종 안정적이고 점성력에 의해 강하게 감쇠된다(레이놀즈 수의 주문 단결성 이하). 단, 적용된 전기장이 존재하는 이기종 이온전도도 장은 특정 조건에서 전기동작 불안정성(EKI)으로 인해 불안정한 흐름장을 생성할 수 있다. 전도성 그라데이션은 선입견적 방법(예: 현장 증폭 검체 적층 및 등전 포커싱), 다차원 측정, 표본 화학이 제대로 지정되지 않은 시스템 등 온칩 전기동학 공정에서 널리 사용된다. 전기동학적 불안정성의 역학 및 주기적 형태학은 Rayleigh-Taylor 불안정성을 가진 다른 시스템과 유사하다. 하단에 균일한 이온을 주입한 평면 기하학의 특별한 경우는 레일리-베나드 대류와 동일한 수학적 프레임을 유도한다.

EKI는 빠른 혼합을 위해 활용되거나 샘플 주입, 분리 및 적층 시 바람직하지 않은 분산을 일으킬 수 있다. 이러한 불안정성은 전기장과 이온전도도 구배율의 결합으로 인해 발생하며 이로 인해 전기 체력이 발생한다. 이 결합은 시간, 대류 및 절대 흐름 불안정성을 발생시킬 수 있는 전기 이중 층 바깥의 벌크 액체에서 전기 체력을 발생시킨다. 전도성 그라데이션이 있는 전기 키네틱 흐름은 분자 확산의 소멸 효과보다 전기 비사성 스트레칭과 전도성 인터페이스 접기가 빨라지면 불안정해진다.

이러한 흐름은 속도가 낮고 길이도 작은 것이 특징이기 때문에 레이놀즈 수는 0.01 이하, 흐름은 층류다. 이러한 흐름에서 불안정성의 시작은 전기 "레이리 수"로 가장 잘 설명된다.

미스크

액체는 파이로-EHD로 나노 크기로 인쇄할 수 있다.[11]

참고 항목

참조

  1. ^ Castellanos, A. (1998). Electrohydrodynamics.
  2. ^ 벽, 스태판. "전기 운동 현상의 역사." Current Officient & Interface Science 15.3 (2010): 119-124.
  3. ^ Thompson, Clive (August 2003). "The Antigravity Underground". Wired Magazine.
  4. ^ Chang, H.C.; Yeo, L. (2009). Electrokinetically Driven Microfluidics and Nanofluidics. Cambridge University Press.
  5. ^ a b Kirby, B.J. (2010). Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-11903-0.
  6. ^ a b Bruus, H. (2007). Theoretical Microfluidics. Oxford University Press.
  7. ^ Patterson, Michael; Kesner, Raymond (1981). Electrical Stimulation Research Techniques. Academic Press. ISBN 0-12-547440-7.
  8. ^ Elul, R.J. (1967). Fixed charge in the cell membrane. PMID 6040152.
  9. ^ Yang, Jun; Lu, Fuzhi; Kostiuk, Larry W.; Kwok, Daniel Y. (1 January 2003). "Electrokinetic microchannel battery by means of electrokinetic and microfluidic phenomena". Journal of Micromechanics and Microengineering. 13 (6): 963–970. Bibcode:2003JMiMi..13..963Y. doi:10.1088/0960-1317/13/6/320.
  10. ^ Levich, V.I. (1962). Physicochemical Hydrodynamics.
  11. ^ Ferraro, P.; Coppola, S.; Grilli, S.; Paturzo, M.; Vespini, V. (2010). "Dispensing nano–pico droplets and liquid patterning by pyroelectrodynamic shooting". Nature Nanotechnology. 5 (6): 429–435. Bibcode:2010NatNa...5..429F. doi:10.1038/nnano.2010.82. PMID 20453855.

외부 링크