ปรากฎการณ์จลนศาสตร์เชิงอิเล็กตรอนและ การจัดการการไหลภายในท่อระดับไมโครเมตร

Abstract

บทคัดย่อ ปรากฏการณ์จลนศาสตร์เชิงอิเล็กตรอนในท่อระดับไมโครเมตรได้รับความสนใจเนื่องจากถูกประยุกต์ใช้ในการสร้างการไหลและการควบคุมความเร็วของไหลในระบบของไหลจุลภาค (microfluidic systems) บทความนี้ทบทวนและอภิปรายการไหลแบบตัวเลขเรย์โนลด์ต่ำระหว่างการเกิดอิเล็กโตรออสโมซิส กระแสสตรีมมิง และศักย์สตรีมมิง         เมื่อท่อระดับไมโครเมตรบรรจุสารละลายอิเล็กโตรไลต์ กลุ่มเคาน์เตอร์ไอออนจะก่อตัวขึ้น ณ บริเวณรอยต่อระหว่างของแข็งและของไหลซึ่งมีประจุไฟฟ้า กลุ่มเคาน์เตอร์ไอออนนั้นถูกเรียกว่าชั้นทวีคูณไฟฟ้า (electrical double layer)   การไหลแบบอิเล็กโตรออสโมติกเกิดจากการเคลื่อนที่ของเคาน์เตอร์ไอออนดังกล่าวเนื่องจากความต่างศักย์ภายในท่อ ขณะที่กระแสสตรีมมิง คือกระแสไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นแม้เมื่อความต่างศักย์ระหว่างปลายท่อทั้งสองด้านมีค่าเท่ากับศูนย์เนื่องจากเคาน์เตอร์ไอออนในชั้นทวีคูณไฟฟ้าถูกพัดพาโดยการไหลที่เกิดจากความต่างของความดันภายในท่อ  ส่วนศักย์สตรีมมิงคือความต่างศักย์ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีความต่างของความดันที่ปลายท่อทั้งสองด้านเพราะกระแสไฟฟ้าภายในวงจรเปิด (open circuit) มีค่าเท่ากับศูนย์  การประยุกต์ใช้ในระบบของไหลจุลภาคของปรากฏการณ์จลนศาสตร์เชิงอิเล็กตรอนทั้งสามล้วนได้รับการอภิปราย - - -  Electrokinetic Phenomena and Manipulation of Flows in Microchannels ABSTRACT Electrokinetic phenomena have gained attentions due to applications in generation of flow and manipulation of fluid velocity in microfluidic systems.  The article presented here reviews and discusses low Reynolds fluid flows during the occurrences of electroosmosis, streaming current, and streaming potential, each with its unique feature. If an electrolytic solution is confined in a channel, a cloud of counter-ions, referred to as an electrical double layer, are formed near the charged solid-fluid interfaces. A velocity of an electroosmotic flow is generated by motion of counter-ions due to potential difference in the channel.  Streaming current, an electric current observed despite the absence of potential difference, is generated by motion of counter-ions in the electrical double layer carried by a fluid flow caused by pressure difference across the channel. Streaming potential, a potential difference generated by a difference in pressure at channel ends, is due to the zero current condition of an open-circuit system.  Microfluidic applications of the three electrokinetic phenomena are also discussed.