इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव

इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (ईआर) द्रव विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग द्रव में अधिक सूक्ष्म गैर-संचालन परन्तु विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 माइक्रोमीटर व्यास तक) की निष्क्रियता (रसायन) हैं। इन द्रवों की विस्कोसिटी विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से परिवर्तित होती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ईआर द्रव, तरल की स्थिरता से जेल की स्थिरता तक जा सकता है, और मिलीसेकंड के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस आ सकता है। इस प्रभाव को कभी-कभी इसके अमेरिकी आविष्कारक, विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में इस प्रभाव पर अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया था। और 1949 में प्रकाशित लेख लिखा था।

ईआर प्रभाव
विस्कोसिटी में परिवर्तन प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र, अर्थात प्लेटों के मध्य की दूरी से विभाजित क्षमता पर निर्भर करता है। यह परिवर्तन विस्कोसिटी में साधारण परिवर्तन नहीं है, इसलिए इन द्रवों को पूर्व शब्द इलेक्ट्रो विस्कोस द्रव के अतिरिक्त ईआर द्रव के रूप में भी जाना जाता है। प्रभाव को विद्युत क्षेत्र पर निर्भर पराभव प्रतिबल के रूप में वर्णित किया गया है। सक्रिय होने पर ईआर द्रव बिंघम प्लास्टिक (विस्कोइलास्टिक पदार्थ) के जैसे व्यवहार करता है, जिसका उपज बिंदु विद्युत क्षेत्र की शक्ति से निर्धारित होता है। उपज बिंदु पर पहुंचने के पश्चात, द्रव द्रव के रूप में खंडित होता है, अर्थात वृद्धिशील अपरूपण तनाव, शियर की दर के समानुपाती होता है (न्यूटोनियन द्रव में कोई उपज बिंदु नहीं होता है और स्ट्रेस शियर के समानुपाती होता है)। इसलिए प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र को समायोजित करके द्रव की गति के प्रतिरोध को नियंत्रित किया जा सकता है।

रचना और सिद्धांत
ईआर द्रव एक प्रकार का स्मार्ट द्रव है। कॉर्नस्टार्च को हल्के वनस्पति तेल या (उत्तम) सिलिकॉन तेल में मिलाकर साधारण ईआर द्रव बनाया जा सकता है।

प्रभाव को समझाने के लिए दो मुख्य सिद्धांत: इंटरफ़ेशियल तनाव या 'जल सेतु' सिद्धांत, और इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत हैं। जल सेतु सिद्धांत तीन चरण प्रणाली सिद्धांत है, कणों में तीसरा चरण होता है जो अन्य तरल (जैसे जल) होता है जो मुख्य चरण तरल (जैसे तेल) के साथ अमिश्रणीय होता है। प्रस्तावित विद्युत क्षेत्र के अभाव में, तीसरा चरण कणों की ओर दृढ़ता से आकर्षित होता है और उनके अंदर ही बना रहता है। इसका तात्पर्य है कि ईआर द्रव कणों की निष्क्रियता है, जो तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब विद्युत क्षेत्र प्रस्तावित किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो ऑस्मोसिस द्वारा कणों के एक तरफ संचालित होता है और श्रृंखला बनाने के लिए संलग्न कणों को साथ बांधता है। इस श्रृंखला संरचना का तात्पर्य है कि ईआर द्रव ठोस बन गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली सिद्धांत है, जिसमें परावैद्युत कण विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव पदार्थ (एमआर) द्रव के समान उपायों से कार्य करता है। इन्सुलेटर में ढके हुए संवाहक से बने ठोस चरण के साथ ईआर द्रव का निर्माण किया गया है। यह ईआर द्रव जल सेतु प्रारूप द्वारा कार्य नहीं कर सकता है। चूँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ईआर द्रव इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव से कार्य करते हैं, यह प्रमाणित नहीं होता है कि सभी ईआर द्रव ऐसा करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव पर कार्य करने वाले ईआर द्रव का लाभ लीकेज धारा को समाप्त करना है, अर्थात संभावित रूप से कोई प्रत्यक्ष धारा नहीं है। चूंकि ईआर उपकरण विद्युत रूप से संधारित्र के रूप में व्यवहार करते हैं, और ईआर प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, प्रत्यावर्ती धारा की अपेक्षा की जाती है।

कण विद्युत रूप से सक्रिय हैं। वे फेरोइलेक्ट्रिक हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विद्युत इन्सुलेशन के साथ विलेपित विद्युत संवाहक, या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों से बने होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संचालन सामग्री के विषय में, कणों में उच्च परावैद्युत स्थिरांक होगा। विद्युत संवाहक के परावैद्युत स्थिरांक के विषय में यहां कुछ भ्रम हो सकता है, परन्तु यदि उच्च परावैद्युत स्थिरांक वाली सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण परावैद्युत की मात्रा के अंदर मापनीय रूप से कम हो जाता है और चूंकि आदर्श संवाहक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में संवाहक का परावैद्युत स्थिरांक अनंत है।

ईआर प्रभाव को प्रभावित करने वाला अन्य कारक इलेक्ट्रोड की ज्यामिति है। समानांतर ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड के प्रारंभ से ईआर प्रभाव में सामान्य वृद्धि देखी गई परन्तु लंबवत ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड ने ईआर प्रभाव को दोगुना कर दिया है। इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ध्रुवीकरण योग्य सामग्रियों के साथ कोटिंग करके ईआर प्रभाव में अधिक वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह डाईइलेक्ट्रोफोरेसिस के सामान्य नुकसान को उपयोगी प्रभाव में परिवर्तित कर देता है। इसमें ईआर द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव होता है। विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (जीईआर) द्रव की शोध 2003 में की गई थी, और कई अन्य ईआर द्रवों की अपेक्षा में उच्च उपज शक्ति बनाए रखने में सक्षम है। जीईआर द्रव में सिलिकॉन तेल में निष्क्रिय बेरियम टाइटेनियम ऑक्सालेट के यूरिया विलेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च परावैद्युत स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और यूरिया कोटिंग के कारण होती है। जीईआर का अन्य लाभ यह है कि विद्युत क्षेत्र 1 kV/mm तक पहुंचने के पश्चात विद्युत क्षेत्र की शक्ति और उपज की शक्ति के मध्य संबंध रैखिक होता है। जीईआर उत्तम उपज शक्ति है, परन्तु कई अन्य ईआर द्रवों की अपेक्षा में कम विद्युत क्षेत्र शक्ति और कम वर्तमान घनत्व द्रव है। निष्क्रियता की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है। मुख्य चिंता, कणों के संयोजन के लिए ओकसेलिक अम्ल का उपयोग है क्योंकि यह शक्तिशाली कार्बनिक अम्ल है।

अनुप्रयोग
ईआर द्रवों का सामान्य अनुप्रयोग तीव्रता से कार्य करने वाले हाइड्रोलिक मैनिफोल्ड में होता है और क्लच, प्लेटों के मध्य अंतर 1 mm के क्रम में और प्रस्तावित क्षमता 1 kV के क्रम में होती है। सरल शब्दों में, जब विद्युत क्षेत्र प्रस्तावित होता है, तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व संवृत हो जाता है या ईआर क्लच की प्लेटें संवृत हो जाती हैं, जब विद्युत क्षेत्र समाप्त हो जाता है तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व विवृत हो जाती है या क्लच प्लेटें भिन्न हो जाती हैं। अन्य सामान्य अनुप्रयोग ईआर ब्रेक और शॉक अवशोषक (जिसे संवृत हाइड्रोलिक सिस्टम के रूप में सोचा जा सकता है जहां वाल्व के माध्यम से द्रव को पंप करने के लिए शॉक का उपयोग किया जाता है) है।

इन द्रवों के कई उपयोग हैं। संभावित उपयोग सटीक अपघर्षक पॉलिशिंग, हैप्टिक प्रौद्योगिकी नियंत्रक और स्पर्श प्रदर्शन के रूप में हैं। ईआर द्रव को फ्लेक्सिबल इलेक्ट्रॉनिक्स में संभावित अनुप्रयोगों के लिए भी प्रस्तावित किया गया है, जिसमें द्रव को रोल करने योग्य स्क्रीन और कीपैड जैसे तत्वों में सम्मिलित किया गया है, जिसमें द्रव के विस्कोसिटी-परिवर्तित करने वाले गुणवत्ता रोल करने योग्य तत्वों को उपयोग के लिए कठोर बनाने की अनुमति देते हैं। मोटोरोला ने 2006 में मोबाइल डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए पेटेंट आवेदन दायर किया था।

समस्याएँ और लाभ
बड़ी समस्या यह है कि ईआर द्रव निष्क्रिय होते हैं, इसलिए समय के साथ वे व्यवस्थित हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ईआर द्रव इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व का मिश्रण करके, या नैनोकणों का उपयोग करके ईआर द्रवों को मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रवों के विकास के अनुरूप लाते हैं। अन्य समस्या यह है कि वायु का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 kV/mm है, जो ईआर उपकरणों को संचालित करने के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के निकट है।

लाभ यह है कि ईआर उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की अपेक्षा में अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, अर्थात यह पावर एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। परन्तु मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। ऐसे कुछ अन्य प्रभाव हैं जो अधिक मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तीव्रता से नियंत्रित करने में सक्षम हैं।

प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रवों द्वारा अनुभव की गई विस्कोसिटी में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ईआर द्रव न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अर्ध-कठोर स्लश में परिवर्तित किया जाता है। चूँकि, जब इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है, तो लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले और अधिक प्रभावी क्लच प्रदान करने के लिए किया गया है।

यह भी देखें

 * सातत्यक यांत्रिकी
 * डेबी-फाल्कनहेगन प्रभाव
 * इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर
 * विद्युत आसंजन
 * इलेक्ट्रोविस्कस प्रभाव
 * लौह द्रव
 * द्रव यांत्रिकी
 * मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव
 * इलेक्ट्रोवेटिंग
 * स्मार्ट द्रव