नेनोचैनल्स: तेल पानी से बेहतर बहता है

तरल पदार्थ छोटी केशिकाओं में कैसे व्यवहार करते हैं

वृद्धि पर पानी: एक सिमुलेशन के इस स्नैपशॉट से पता चलता है कि दीवार (लाल) पर तरल (नीली गेंदों) के परमाणुओं को केशिका बलों द्वारा कैसे चूसा जाता है। आवर्धक कांच तरल की घुमावदार सतह को दर्शाता है। लाल तीर यह बताता है कि कणों की गति कितनी बड़ी है और वे कहाँ जा रहे हैं। दीवार के पास, कणों के वेग और औसत घनत्व में कमी जारी है। © भौतिकी / बाइंडर के लिए MPI
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यदि एक रसायन विज्ञान प्रयोगशाला भविष्य में एक छोटे से चिप पर फिट होने के लिए है, तो प्रयोगों को नैनोमीटर के आकार के ट्यूबों में होना चाहिए। लेकिन स्थूल और सूक्ष्म जगत के भौतिक नियम केवल एक नैनोस्केल पर आंशिक रूप से मान्य हैं। शोधकर्ताओं ने अब इसे कंप्यूटर सिमुलेशन में फिर से दिखाया है। उन्होंने निर्धारित किया कि कौन से केशिका बल नैनोट्यूब में कार्य करते हैं जो तरल पदार्थों में चूसते हैं। इसके बाद, एक चिपचिपा पदार्थ जैसे कि सिलिकॉन तेल नैनोकैनल के माध्यम से अपेक्षा से बेहतर स्लाइड करता है, जबकि पानी जैसे तरल पदार्थ इस तरह का प्रभाव नहीं दिखाते हैं। जर्नल ऑफ फिजिकल रिव्यू लेटर्स के मौजूदा अंक में शोधकर्ताओं के अनुसार माइक्रोप्लीकरीज में, जो कई बार दूर होती हैं, ऐसा कोई प्रभाव नहीं होता है।

पेड़ों के लिए केशिका बल महत्वपूर्ण हैं - वे जड़ों से अंतिम पत्ती के टिप तक पानी बढ़ाने में मदद करते हैं। गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ एक केशिका के माध्यम से ऊपर और ऊपर कितना तेज पानी बहता है यह सामान्य रूप से ट्यूब के व्यास पर निर्भर करता है। एक-माइक्रोन-व्यास केशिका, एक मानव बाल का सौवां हिस्सा, 2.8 बार के दबाव में पानी को अवशोषित करता है, जिससे यह 28 मीटर तक बढ़ सकता है। पंप को तरल की सतह पर एक ओर और तरल और ट्यूब की दीवार के बीच इंटरफेस में दूसरी ओर काम करने वाले बलों के परस्पर क्रिया द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

लुकास वाशबर्न कानून नैनो दुनिया के लिए अनुकूलित

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अब, कर्ट बाइंडर के नेतृत्व में एक शोध टीम, जो मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर पॉलिमर रिसर्च के बाहरी वैज्ञानिक सदस्य हैं, ने मैन्ज़ विश्वविद्यालय के सहयोगियों के साथ मिलकर यह पता लगाया है कि ये सिद्धांत नैनोकैपिलरी में किस हद तक मान्य हैं। वैज्ञानिकों ने कंप्यूटर पर अनुकरण किया कि तरल पदार्थ ऐसी ट्यूब में कैसे प्रवेश करते हैं। उन्हें कैपिलारिटी, लुकास-वाशबर्न कानून के एक भौतिक कानून को अनुकूलित करना था, सूत्र का विस्तार करके नैनोवर्ल्ड की भौतिकी के लिए थोड़ा सा।

बिंडर कहते हैं, "साहित्य में इस बात के दावे किए गए हैं कि नैनो दुनिया में तरल पदार्थ प्रवाहित करने के लिए पूरी तरह से अलग-अलग कानून हैं।" इस विषय पर प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक परिणाम। "प्रदर्शन

मेंज वैज्ञानिकों के कंप्यूटर मॉडल में, दो अलग-अलग तरल पदार्थों के 25, 000 परमाणु प्रत्येक एक ट्यूब दस नैनोमीटर मापते हैं। भौतिकविदों ने पानी पर एक आभासी तरल के गुणों को चित्रित किया है, जो पानी को आकर्षित करने वाली सतह के साथ माइक्रोकैपिलरी में बहुत अच्छी तरह से बहता है। अन्य में लघु-श्रृंखला मैक्रोमोलेक्यूल्स होते हैं और उनके गुणों में एक सिलिकॉन तेल जैसा दिखता है। कंप्यूटर ने गणना की कि प्रत्येक केशिका में दो तरल पदार्थ कितनी तेजी से प्रवाहित होंगे। तदनुसार, नैनोकपिलरी में तरल पदार्थ आमतौर पर अधिक खुली नलिकाओं की तुलना में अधिक धीरे-धीरे बढ़ते हैं।

ट्यूब की दीवार प्रवाह को धीमा कर देती है

"हमारी गणना के साथ, हमने यह भी जांच की कि क्या कण अभी भी दीवार के पास चलते हैं, " बिंदर कहते हैं: "इसलिए हम यह पता लगाना चाहते थे कि इस तरह के छोटे ट्यूबों में विभिन्न तरल कितनी अच्छी तरह से बहते हैं। "अर्थात्, दीवार की ओर कणों का वेग केवल थोड़ा घटता है और दीवार पर शून्य भी नहीं होता है, पदार्थ नैनोट्यूब से काफी अच्छी तरह से बहता है। हालांकि, अगर दीवार पर परमाणु लगभग अभी भी हैं, तो तरल केवल धीरे-धीरे नैनोकैपिलरी के माध्यम से बहता है। तरल स्तंभ के अंदर के कण अभी भी चलते हैं। एक नैनोट्यूब के छोटे व्यास के कारण, हालांकि, दीवार का ब्रेकिंग प्रभाव यहां प्रबल होता है।

मेंज भौतिकविदों ने अब पानी की तरह तरल के साथ अपने सिमुलेशन में इस प्रभाव को देखा है। इसलिए यह धीरे-धीरे नैनोट्यूब के माध्यम से ज़ोहे पदार्थ के रूप में उगता है, लेकिन इसके कण दीवार पर दिखाई देते हैं। बिंदर कहते हैं, "किसी को भी यह उम्मीद नहीं थी।" उन्होंने नैनोट्यूब को एक जल-आकर्षित दीवार दी थी, जिस पर कम से कम बड़े पैमाने पर पानी बहता था।

चिप्स अपनी सीमा तक पहुँच रहे हैं

बाइंडर केवल यह बता सकता है कि दो पदार्थ नैनोट्यूब में अलग-अलग व्यवहार क्यों करते हैं, स्थूल-दुनिया के भौतिकविदों की तुलना में इसके आदी हैं: "पानी के तरल पदार्थ के छोटे अणु संवेदी बल केशिका दीवार की आकर्षक ताकतों को समझकर उससे चिपक जाते हैं। और चूंकि द्रव स्तंभ बहुत संकीर्ण है, इसलिए यह ब्रेकिंग प्रभाव पूरे केशिका पर हावी है। बड़े अणु शायद इन बलों के प्रति कम संवेदनशील हैं और इसलिए अधिक स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ते हैं। ”

शोधकर्ताओं के परिणाम केशिका गुणों, तरल पदार्थ और सबसे ऊपर, केशिकाओं के आकार को अलग करने में मदद करते हैं ताकि तरल पदार्थ छोटे पैमाने पर बेहतर प्रवाह करें। "लेकिन ऐसा लगता है कि बहुत पतली और छोटी केशिकाएं बहुत कुछ नहीं करती हैं जब सभी तरल धीरे-धीरे बहते हैं। बाइंडर का कहना है कि लैब-ऑन-ए-चिप के लघुकरण की सीमाएँ हो सकती हैं।

(एमपीजी, 15.08.2007 - डीएलओ)