整流离子传输路径是产生单向离子拖曳电动力流动的有效方法。通过在流动通道中设置离子交换膜，可形成电极化条件，当外加电场时，便会驱动液体流动。
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摘要
摘要
为了在水溶液中驱动电液动力学（EHD）流动，必须分离阳离子和阴离子的传输路径，因为需要通过液体中离子的运动来产生定向的电体力。另一方面，正负电荷相互吸引，在平衡条件下体系各处均维持电中性。此外，外加电压的升高必须受到抑制，以避免发生水的电解，从而导致溶液失稳。通常，EHD流动可通过向非水溶液施加数十kV的极高电压以注入电荷的方式实现。本研究介绍了两种在水溶液中通过电荷分离诱导EHD流动的方法，其中两个液相被离子交换膜隔开。由于离子在膜中的迁移率存在差异，膜两侧之间会引发离子浓度极化。本研究展示了两种方法：（i）离子浓度梯度的弛豫过程发生 通过 一种穿透离子交换膜的流动通道，其中膜内迁移较慢的物种在流动通道中的传输选择性地占主导地位，从而成为在液体中产生电液动力学（EHD）流动的驱动力。（ii）离子穿过离子交换膜时较长的扩散等待时间，使得在外加电场作用下可产生离子拖曳流动。离子在1 x 1 mm流动通道中富集2 横截面可确定液体流动方向，对应于电泳传输路径。在这两种方法中，通过整流离子传输路径，产生电液动力流所需的电势差显著降低至接近2 V。
引言
近年来，由于微流控和纳流控器件在应用方面的研究兴趣日益增加，液体流动控制技术受到了广泛关注1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15。在极性溶液（如水溶液和离子液体）中，离子和带电粒子通常会在液体流动中产生电荷。这类极化粒子的输运拓展了多种应用，例如单分子操控....
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方案
1. 由整流离子传输诱导的EHD流动
- 开发一种用于校正离子传输路径的流动通道装置
- 制作储液池的聚四氟乙烯模具：
- 切割一块 13 x 30 x 10 mm 的3 使用铣床从聚四氟乙烯（PTFE）块上制备模具（参见 图2）或者购买定制产品。
- 粘附尺寸为 15 x 18 x 1 mm 的丙烯酸板3 使用塑料粘合剂将部件固定在PTFE模具的两端，以便在储液池中切出狭缝以安放偏置电极。这些部件可从大块板材上切割而成，也可直接购买。
- 粘附尺寸为 13 x 30 x 1 mm 的丙烯酸板3 使用塑料粘合剂将PTFE模具的顶面和底面粘贴平整，以获得清晰观察的平面。
- 在50 mL离心管中按10:1的比例混合硅橡胶基础剂与固化剂，并用手摇晃试管。
- 将液态PDMS置于真空容器中，并使用旋转泵抽真空以脱气。
- 从容器中取出试管。将PDMS倒入40 x 50 x 24 mm的模具中3 将塑料容器用于塑造储液池的外型，并将储液池模具（见步骤1.1.1）放入其中。
- 在80 °C的加热板上将液态PDMS整体烘烤约4小时。
- 烘....
- 制作储液池的聚四氟乙烯模具：
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结果
图4（视频图）展示了一个典型的电液动力（EHD）流生成结果，该流动是由于离子传输路径的整流以及高浓度阳离子诱导通道内液体流动所致，对应于实验方案的步骤1。图5展示了粒子图像测速（PIV）分析的结果，其中取通道中心附近20个数据点（y = z = 0 mm）进行平均。在使用1 × 10−1 mol/L NaOH溶液的情况下，当在t = 5 s时施加2.2 V的电势后，示踪粒子的速度迅速上升至峰值，随后速度下降并趋于0，峰值速度接近2 mm/s。这是利用阴离子交换膜和1 × 10−1 mol/L NaOH溶液产生电液动力流的典型结果。
还证实，在 1 × 10−1 mol/L NaOH 溶液中，示踪粒子的电泳迁移速度远低.......
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讨论
本研究旨在根据空间分布和迁移数，分离水溶液中的阳离子和阴离子。利用阴离子交换膜，可分别在膜内和穿透膜的流动通道中实现阴离子和阳离子的整流传输。或者，使用分隔高浓度和低浓度溶液的阳离子交换膜，在经过较长的等待时间后可生成电极化溶液。结果表明，通过整流的离子电流成功降低了诱导离子拖曳电动力学流动所需的外加电压。
与需要数十千伏极高电压将电荷注入非极性溶液的传统方法相比，本文介绍的方法适用于低电压条件下的水溶液。研究证实，电液动力学（EHD）流动在水溶液和非极性溶液中均有效。
然而，目前的方法依赖于水电解来维持恒定的离子电流，而水电解的理想电势已知为1.23 V。因此，施加电压受到限制，以避免产生会改变液体性质的O2和H2气泡。为了克服这一限制，必须适当选择电极材料和电解质溶液，以在电极表面建立电化学反应，从而在溶液中产生离子电流。每次实验时，电极表面都应进行抛光并裸露，以在溶液中形成强电场，促进电化学反应。
本研究提出使用离子交换膜.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 道康宁 Sylgard 184 | Dow Corning Corp. | 3097366-0516, 3097358-1004 | PDMS |
| 丙酮 | 和光纯药工业株式会社 | 012-00343 | |
| 乙醇 | 和光纯药工业株式会社 | 054-00461 | |
| 0.1 mol/L 氢氧化钠溶液 | 和光纯药工业株式会社 | 196-02195 | |
| 氯化钾 | 和光纯药工业株式会社 | 163-03545 | |
| Tris-EDTA 缓冲液 100 倍浓缩液 | Sigma-Aldrich Co. LLC. | T9285-10014L | |
| 2.93 μm 聚苯乙烯微粒 | 默克股份公司 | L300 Rouge | 示踪微粒 |
| 1.01 μm 聚苯乙烯微粒 | 默克股份公司 | K100(23716) | 示踪微粒 |
| 阴离子交换膜 | ASTOM 公司 | Neosepta AHA | |
| 金（Au） | 古内化学株式会社 | AUT-13301X | 溅射靶材金属 |
| 钛 | 古内化学株式会社 | TIT-72301X | 溅射靶材金属 |
| 铬 | 古内化学株式会社 | CRT-24301X | 溅射靶材金属 |
| 高速 CMOS 相机 | 基恩士株式会社 | VW-600M | |
| 显微镜 | 基恩士株式会社 | VW-9000 | |
| 数据记录仪 | 基恩士株式会社 | NR-500, NR-HA08 | |
| 激光位移传感器 | 基恩士株式会社 | LK-G5000, LK-H008W | |
| PIV 和 PTV 软件 | DITECT 公司 | Flownizer 2D | |
| 电化学工作站 | AMTEK Inc. | VersaSTAT4 | |
| 倒置显微镜 | 奥林巴斯株式会社 | IX73 | |
| 高速 CMOS 相机 | Andor Technology Ltd. | Zyla 5.5 sCMOS | |
| 函数发生器 | NF 公司 | WF1945B | |
| 函数发生器 | NF 公司 | WF1973 | |
| 超声波清洗机 | AS ONE 公司 | AS22GTU | |
| 旋片泵 | 爱发科株式会社 | G-100S | 脱气液态 PDMS |
| 旋片泵 | 爱发科株式会社 | GLD-201A | 溅射 |
| 分子扩散泵 | 爱发科株式会社 | VPC-400 | 溅射 |
参考文献
- Stuetzer, O. M. Ion drag pressure generation. Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).
- Stuetzer, O. M. Ion drag pumps. Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).
- Melcher, J. R., Taylor, G. I. Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses. Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).
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