스트리밍 전류

흐름 전류와 흐름 전위는 표면 화학과 전기 화학 분야에서 연구된 상호 관련된 두 가지 전기 운동 현상이다.이는 전해액이 채널 또는 충전된 ^[1]^[2]^[3]벽이 있는 다공질 플러그를 통해 압력 구배에 의해 구동될 때 발생하는 전류 또는 전위입니다.

스트리밍 전위의 첫 번째 관찰은 일반적으로 1859년 독일의 물리학자 게오르크 헤르만 킨케에 기인한다.

적용들

잘 정의된 기하학적 구조의 스트리밍 전류는 표면의 제타 전위를 특징짓는 민감한 방법으로 콜로이드 및 인터페이스 ^[1]과학 분야에서 중요합니다.지질학에서 관련된 자연 전위의 측정은 형성의 평가에 사용된다.고전압의 축적 위험 때문에 전도성이 낮은 유체(예: 가솔린 라인)의 흐름에 대한 설계에서 스트리밍 잠재력을 고려해야 한다.스트리밍 전류 모니터(SCM)는 폐수 처리 공장의 응고를 모니터링하기 위한 기본 도구입니다.SCM을 사용하여 원수의 응고 정도를 모니터링하여 응고제 주입의 양성 피드백 제어를 제공할 수 있습니다.폐수의 흐름 전류가 증가함에 따라 더 많은 응고제를 스트림에 주입한다.응고제의 농도가 높으면 작은 콜로이드 입자가 응고되어 흐름 밖으로 침전됩니다.폐수 흐름에는 콜로이드 입자가 적기 때문에 스트리밍 잠재력이 감소합니다.SCM은 이를 인식하고 폐수 흐름에 주입되는 응고제의 양을 줄입니다.SCM 피드백 제어의 구현으로 재료비가 대폭 절감되었습니다.이것은 1980년대 ^[4]초까지 실현되지 않았습니다.모니터링 기능과 더불어 이론적으로 스트리밍 전류는 사용 가능한 전력을 발생시킬 수 있습니다.그러나 일반적인 스트리밍 기계 대 전기 효율은 ^[5]약 1%이므로 이 프로세스는 아직 적용되지 않았습니다.

기원.

채널 벽에 인접하여 전기 이중층, 즉 대전 표면에 의해 ^[1]^[6]흡인되는 얇은 대항층의 존재로 인해 액체의 전하 중립성이 침해됩니다.

압력 구동 유체 흐름과 함께 반대 방향의 전송은 순 전하 전송, 즉 스트리밍 전류를 발생시킵니다.전위차를 가함으로써 유체 흐름을 생성하는 역효과를 전기삼투압 ^[6]^[7]^[8]흐름이라고 합니다.

측정방법

스트리밍 전류를 측정하는 일반적인 설정은 알려진 압력 차이가 적용되는 유체 형상 양쪽에 배치된 두 개의 가역 전극으로 구성됩니다.두 전극이 동일한 전위로 유지되면 스트리밍 전류가 전극을 통과하는 전류로 직접 측정됩니다.또는 전극을 플로팅 상태로 둘 수 있으므로 채널의 양끝 사이에 스트리밍 전위가 축적될 수 있습니다.

흐름 전위는 흐름 시스템의 고압단에서 저압단보다 높을 때 양의 전위로 정의된다.

캐피럴리에서 관찰되는 스트리밍 전류의 값은 일반적으로 다음 관계를 ^[9]통해 제타 전위와 관련이 있습니다.

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

-

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

s

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

2

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

δ

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

P L

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

（ \

displaystyle

I

_

{

str

} = - { \

frac

} { {

0

}

a

^ { } \

pi }

} { \

frac

{

Delta

p }

I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta

정상 상태에서의 스트리밍 전류와 같은 크기의 전도 전류는 다음과 같습니다.

{displaystyle I_{c}=K_{L}a^{2}\pi {Frac {U_{str}}{L}}}

정상 상태에서 흐름 시스템 전체에 축적된 스트리밍 전위는 다음과 같이 제공됩니다.

U_{str}=blac {silon _{rs}\silon _{0}\zeta }{\eta K_{L}}\Delta P

기호:

I_str - 단락 조건에서의 스트리밍 전류, A
U_str - 0 순 전류 조건에서 스트리밍 전위, V
I_c - 전도 전류, A
δ_rs - 액체의 상대 유전율, 무차원
∙ - 진공의₀ 전기전율, F⁻¹·m
θ - 액체의 동적 점도(kg⁻¹·m⁻¹·s)
δ - 제타 전위, V
δP - 압력차, Pa
L - 모세관 길이, m
a - 모세관 반지름, m
K_L - 벌크액의 비전도율 S·m⁻¹

위의 방정식은 보통 헬름홀츠-스몰루쇼프스키 방정식으로 불린다.

위의 방정식은 다음과 같이 가정합니다.

이중 레이어는 모공 또는 모세혈관에 비해 너무 크지 않다(즉, $\kappa a\gg 1$ a $\kappa a\gg 1$ 1 $(\display\kappa$ a $\$ 1)). 여기서 θ는 Debye 길이의 역수이다.
표면 전도가 없다(일반적으로 제타 전위가 클 때 중요해질 수 있다(예: θ > 50mV).
전기 이중층 편광은 없다
표면은 특성이^[10] 균일하다
축방향 농도 구배가 없다
형상은 모세관/관의 형상입니다.

문학.

J. Lyklema, 인터페이스와 콜로이드 과학의 기초
F.H.J. 반 데어 헤이든 외 물리학자개정 95, 116104 (2005)
C. Werner et al., J. 콜로이드 인터페이스 Sc. 208, 329 (1998)
만수리 등물리화학저널 C, 112(42), 16192(2008)

레퍼런스

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[4] "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2013-05-07.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)

[5] Olthuis, Wouter; Schippers, Bob; Eijkel, Jan; Van Den Berg, Albert (2005). "Energy from streaming current and potential". Sensors and Actuators B: Chemical. 111–112: 385–389. CiteSeerX 10.1.1.590.7603. doi:10.1016/j.snb.2005.03.039.

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[Bruus-7] Bruus, H. (2007). Theoretical Microfluidics. Oxford University Press.

[Karniadakis-8] Karniadakis, G.M., Beskok, A., Aluru, N. (2005). Microflows and Nanoflows. Springer Verlag.{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[9] "전기운동학적 현상의 측정과 해석", 순수 및 응용 화학 국제 연합, 기술 보고서, 순수 신청서에 게재되었습니다.Chem., vol 77, 10, 페이지 1753–1805, 2005(pdf.

[10] 메나킴 엘리멜렉과 에이미 E.Childress, "역삼투막의 제타 가능성:멤브레인 퍼포먼스에 대한 영향"미국 내무부, 매립국, 덴버 사무소수처리 기술 프로그램 보고서 제10호1996년 12월

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