نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکدة علوم پایه، دانشگاه گیلان، گیلان

2 . گروه فیزیک، دانشکدة علوم پایه، دانشگاه گیلان، گیلان 2. پژوهشکدة فیزیک، پژوهشگاه دانش‎های بنیادی (IPM)، تهران

چکیده

جذب نور کانونی‎ شده در داخل الکترولیتِ آبی، موجب گرم ‏شدنِ موضعیِ آن و ایجاد گرادیان میدانِ دما، پیرامونِ ناحیة جاذبِ نور، می‎شود. بر اساس پدیده‎ای به ‎نام اثر سُره، یون‎های مثبت و منفی در حضورِ میدان دما به ‎سمت ناحیة گرم‎تر و یا سردتر حرکت می‎کنند؛ اما این تمایل و حرکت برای دو نوع یون یکسان نیست، و یکی از دو نوع یون بیش از دیگری در ناحیة کانونی مجتمع می‎شود. این به ‎معنای ایجاد بار الکتریکیِ خالص و معلق در سیال، در ناحیة جاذبِ گرما است. اِعمال میدان الکتریکی خارجی به این سیال، موجبِ اعمال نیرو به بارِ خالصِ جمع‎ شده و در نتیجه حرکت سیال خواهد بود. ما این مسئله را برای سیال الکترولیت محصور در میانِ دو تیغة دی‎الکتریک شفاف، که در فاصلة کمی از یکدیگر قرار گرفته‎اند، به دو روش تحلیلی و اِلمانِ محدود بررسی می‎کنیم. در ابتدا میدان دماییِ ایجاد‏ شده توسط باریکة گوسیِ نور در داخل و خارج الکترولیت را محاسبه می‎کنیم. سپس پتانسیل الکتریکی و چگالی بار را در ناحیة مربوطه به‎ دست می‎آوریم و در گامِ آخر نیز میدان برداریِ سرعت سیال و کل جریانِ ایجاد‏ شده محاسبه می‎شوند. نتایج تحلیلی و عددی به ‎خوبی یکدیگر را تأیید می‎کنند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Pumping electrolyte fluid using focal light and electric field in rectangular microchannel

نویسندگان [English]

  • R Kiani-Iranpour 1
  • S N Rasuli 2

1 Department of Physics, University of Guilan, Guilan, Iran

2 1. Department of Physics, University of Guilan, Guilan, Iran 2. School of Physics, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), Tehran, Iran

چکیده [English]

The absorption of the focused light inside aqueous electrolyte locally heats it; thus, it creates a temperature field and temperature gradient around the light-absorbing region. Due to a phenomenon known as Soret effect, positive and negative ions move in the presence of the temperature field toward the warmer or cooler region. However, this tendency and its corresponding motion are not the same for two types of ions; therefore, it ends up with a locally charged region. This means creating a pure electric charge suspended in the light absorption area. Applying an external electric field to the fluid then exerts a force to the net charge and its surrounding fluid, resulting in the fluid’s motion. We investigate this problem for an electrolyte fluid enclosed between two parallel transparent dielectric blades closely located to each other. Based on analytic and finite element methods, we calculate the temperature field created by the Gaussian beam inside and outside the electrolyte. We then obtain its induced electric potential and charge density. Finally, we calculate the fluid velocity field and the total induced current. The analytical and numerical results well verify each other.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • microfluidics
  • micropump
  • Soret effect

  1. B D Iverson and S V Garimella, Microfluid. and Nanofluid. 5 (2008) 145.
  2. G M Whitesides, Nature, 442 (2006) 368.
  3. D Mark et al., Chem. Soc. Rev. 39 (2010) 1153.
  4. E Brouzes et al., PNAS, 106 (34) (2009) 14195.
  5. P Yager et al., Nature, 442 (2006) 412.
  6. S J Kim et al., Nature Nanotech. 5 (2010) 297.
  7. س سیدریحانی، ع آزادبخت، ا میرزاحسین، م متقیان، و م بابایی، مجلۀ پژوهش فیزیک ایران، 19، 1 (1398) 101.

7. S N Seyed Reihani, A Azadbakht, E Mirzahossein, M Mottaghian, and M Babaei, Iranian J. Phys. Res. 19, 1 (2019) 101.

  1. W Sparreboom et al., Nature Nanotech. 4 (2009) 713.
  2. L Bocquet and E Charlaix, Chem. Soc. Rev. 39 (2010) 1073.
  3. E M Purcell, Am. J. Phys. 45 (1977) 3.
  4. E Lauga and T R Powers, Rep. Prog. Phys. 72 (2009) 096601.
  5. E Lauga, M P Brenner, and H A Stone, “Microfluidics: The no-slip boundary condition”, Handbook of Experimental Fluid Dynamics (2007) 1219.
  6. H Bruus, “Theoretical Microfluidics”, Oxford University Press, (2008).
  7. R B Schoch et al., Rev. Mod. Phys. 80 (2008) 839.
  8. H Daiguji, Chem. Soc. Rev. 39 (2010) 901.
  9. H A Stone, A D Stroock, and A Ajdari, Ann. Rev. Fluid Mech. 36 (2004) 381.
  10. T M Squires and S R Quake, Rev. Mod. Phys. 77 (2005) 977.
  11. J Melin and S R Quake, Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 36 (2007) 213.
  12. A Ajdari, Phys. Rev. E 61 (2000) R45.
  13. A Ramos et al., J. App. Phys. 97 (2005) 084906.
  14. A Castellanos et al., J. Phys. D: App. Phys. 36 (2003) 2584.
  15. F M Weinert et al., Phys. Rev. Let. 100 (2008) 164501.
  16. F M Weinert and D Braun, J. App. Phys. 104 (2008) 104701.
  17. F M Weinert et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 9918.
  18. R Kiani-Iranpour and S N Rasuli, arXiv: 1405.1602 (Submitted on 7 May 2014).
  19. R Kiani-Iranpour and S N Rasuli, under preparation.
  20. J R Blake, Math. Proc. Camb. Phil. Soc. 70 (1971) 303.
  21. N Liron and S J Mochon, Eng. Math. 10 (1976) 287.
  22. N Liron and J R Blake, J. Fluid Mech. 107 (1981) 109.
  23. C Pozrikidis, “Boundary integral and singularity methods for linearized viscous flow”, Cambridge University Press (1992).
  24. J Jamaati, H Niazmand, and M Renksizbulut, Int. J. Therm. Sci. 49 (2010) 1165.
  25. A Majee and A Würger, Soft Matter 9 (2013) 2145.
  26. S N Rasuli and R Golestanian, Phys. Rev. Let. 101 (2008) 108301.
  27. A Würger, Phys. Rev. Let. 101 (2008) 108302.
  28. G B Arfken and H J Weber, “Mathematical Methods for Physicists”,Academic Press (2005).
  29. W Russel, D Saville, and W Schowalter, “Colloidal Dispersions”, Cambridge University Press, Cambridge, U.K. (1988).
  30. S R de Groot and P Mazur, “Non-Equilibrium Thermodynamics”, Dover, New York (1984).
  31. A Majee and A Würger, Phys. Rev. E 83 (2011) 061403.
  32. J Happel and H Brenner, “Low Reynolds Number Hydrodynamics”,Kluwer, The Hague (1983).
  33. C Pozrikidis, “Fluid Dynamics Theory, Computation, and Numerical Simulation”, Springer Science + Business Media LLC (2017).
  34. R L Herman, “An Introduction to Fourier and Complex Analysis with Applications to the Spectral Analysis of Signals, published by R L Herman (2016).
  35. W A Ebert and E M Sparrow, J. Basic Eng., 87(4) (1965) 1018.
  36. R Kiani-Iranpour and S N Rasuli, unpublished.

تحت نظارت وف ایرانی