Erzeugung und Kontrolle der Electrohydrodynamic fließt in wässrigen Elektrolytlösungen

Summary

Die Berichtigung von Ion Transportwege ist eine effektive Methode um ein-seitige Ion gezogen Electrohydrodynamic Ströme zu erzeugen. Durch die Festlegung einer Ionen-Austausch-Membran in einen Strömungskanal, ein elektrisch polarisierter Zustand wird erzeugt und führt zu einem Flüssigkeitsstrom Gefahren werden, wenn ein elektrisches Feld extern angewendet wird.

Abstract

Electrohydrodynamic (EHD) fahren fließt in wässrigen Lösungen, die Trennung von Kationen und Anionen Transportwege ist wichtig weil eine gerichtete elektrische Körperkraft hat durch Ionische Bewegungen in Flüssigkeit induziert werden. Auf der anderen Seite, positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig, und Elektroneutralität bleibt überall in Gleichgewichtsbedingungen. Darüber hinaus muss eine Erhöhung einer angelegten Spannung unterdrückt werden, um Wasser-Elektrolyse zu vermeiden, wodurch die Lösungen instabil werden. In der Regel können EHD fließt in nichtwässrigen Lösungen induziert werden durch die Anwendung von extrem hoher Spannungen, wie Dutzende von kV, elektrische Ladungen zu injizieren. In dieser Studie werden zwei Methoden eingeführt, um generieren EHD Ströme induziert durch elektrische Ladung Trennungen in wässrigen Lösungen, wo zwei flüssige Phasen durch eine Ionen-Austausch-Membran getrennt sind. Durch einen Unterschied in der Ionischen Mobilität in der Membran wird Ionen-Konzentration Polarisierung zwischen beiden Seiten der Membran induziert. In der vorliegenden Studie zeigen wir zwei Methoden. (i) die Lockerung der Ionen-Konzentration Steigungen erfolgt über einen Strömungskanal, die eine Ionen-Austausch-Membran durchdringt, wo die langsamere Arten in der Membran selektiv dominierend im Strömungskanal wird. Dies ist eine treibende Kraft, eine EHD-Strömung in der Flüssigkeit zu generieren. (Ii) eine lange Wartezeit für die Diffusion von Ionen durch die Ionen-Austausch-Membran ermöglicht die Erzeugung ein Ion-gezogen-Flow durch extern Anlegen eines elektrischen Feldes. Ionen in einem Strömungskanal eine 1 x 1 mm² Querschnitt konzentriert bestimmen Sie die Richtung der Flüssigkeitsströmung, entsprechend der elektrophoretischen Transportwege. Bei beiden Methoden wird die elektrische Spannungsdifferenz erforderlich für eine EHD-Flow-Generierung drastisch reduziert, um 2 V in der Nähe von Beseitigung der Ionen-Transportwege.

Introduction

Vor kurzem haben Flüssigkeitsstrom Steuerungstechniken angezogen viel Aufmerksamkeit wegen Interesse an Anwendungen von Mikro- und nanofluidischen Geräte^{1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14<....}

Protocol

(1) EHD Fluss induziert durch gleichgerichtete Ionentransport

1. Entwicklung einer Flow-Kanal-Gerät, Ion Transportwege zu korrigieren
   1. Machen Sie eine PTFE-Form des Behälters:
      1. 13 x 30 x 10 mm³ Schimmel aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Fräsmaschine geschnitten (siehe Abbildung 2). Alternativ kaufen Sie eine Sonderanfertigung.
      2. Acrylplatten von 15 x 18 x 1 mm³ an beiden Enden der PTFE-Form mit einem Kunststoff Kleber, der Schlitze in das Reservoir auszugleichender Bias Elektroden machen zu halten. Diese Teile können aus einer großen Platte geschnitten ....

Results

Abbildung 4 (video Bild) präsentiert ein repräsentatives Ergebnis einer EHD Fluss Generation, die aus der Berichtigung der Ionen-Transportwege und hochkonzentrierten kationen, die einen Flüssigkeitsstrom in den Kanal induziert gemäß Schritt 1 des Protokolls. Abbildung 5 zeigt ein Ergebnis der PIV-Analyse, wo 20 Datenpunkte nahe der Mitte des Kanals (y = Z = 0 mm) wurden gemittelt. Im Falle von 1 x 10⁻¹

Discussion

Der Zweck dieser Studie war, kationen und Anionen in wässrigen Lösungen in Bezug auf die räumliche Verteilung und Transport Zahlen zu trennen. Mit einem Anion-Austausch-Membran, könnte der Transport von Anionen und kationen in der Membran und in einen Strömungskanal, der die Membran, bzw. durchdringt korrigiert werden. Alternativ, arbeitete eine KATIONENAUSTAUSCH Membran, die hohe und niedrige Konzentration Lösungen getrennt, um elektrisch polarisierte Lösungen nach erheblicher Wartezeit zu generieren. Infolgedessen gela.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sylgard 184	Dow Corning Corp.	3097366-0516, 3097358-1004	PDMS
Aceton	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	012-00343
Ethanol	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	054-00461
0,1 mol/l Natriumhydroxidlösung	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	196-02195
Pottasiumchlorid	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	163-03545
Tris-EDTA-Puffer 100x Konzentrat	Sigma-Aldrich Co., LLC.	T9285-10014L
2.93 μ m Polystyrol-Partikel	Merck KGaA	L300 Rouge	Tracer Partikel
1,01 μ m Polystyrol-Partikel	Merck KGaA	K100(23716)	Tracer-Partikel
Anionenaustauschmembran	ASTOM Corp.	Neosepta AHA
Gold (Au)	Furuuchi Chemical Corp.	AUT-13301X	Sputter-Targetmetall
Titanium	Furuuchi Chemical Corp.	TIT-72301X	Sputter-Zielmetall
Chrom	Furuuchi Chemical Corp.	CRT-24301X	Sputtertarget Metall
Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kamera	Keyence Corp.	VW-600M
Mikroskop	Keyence Corp.	VW-9000
Datenlogger	Keyence Corp.	NR-500, NR-HA08
Laser-Wegmessgerät	Keyence Corp.	LK-G5000, LK-H008W
PIV und PTV Software	DITECT Co. Ltd.	Flownizer 2D
Potentiostat	AMTEK Inc.	VersaSTAT4
Inverses Mikroskop	Olympus Corp.	IX73
Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kamera	Andor Technology Ltd.	Zyla 5.5 sCMOS
Funktionsgenerator	NF Corp.
Funktionsgenerator	NF Corp.	WF1973
Ultraschallreiniger	AS ONE Corp.
Kreiselpumpe	ULVAC, Inc.	G-100S	Entgasung von flüssigen PDMS-Rotationspumpen
	ULVAC, Inc.	GLD-201A	Sputtern
Molekulare Diffusionspumpe	ULVAC, Inc.	VPC-400	Sputtern