Une méthode pour manipuler tension de surface du liquide par l'intermédiaire d'un métal oxydation de surface et la réduction

Résumé

Nous présentons une méthode pour contrôler l’énergie interfaciale d’un métal liquide dans un électrolyte par dépôt électrochimique (ou élimination) d’une couche d’oxyde de surface. Cette méthode simple peut contrôler le comportement capillaire des métaux liquides à base de gallium en ajustant l’énergie interfaciale rapidement, de manière significative et réversible à l’aide de tensions modestes.

Résumé

Commande de la tension interfaciale est une méthode efficace pour manipuler la forme, la position et l'écoulement des fluides à des échelles de longueur submillimétriques, où la tension interfaciale est une force dominante. Une variété de procédés existent pour commander la tension interfaciale des liquides aqueux et organiques sur cette échelle; Cependant, ces techniques ont une utilité limitée pour les métaux liquides, en raison de leur grande tension interfaciale.

Métaux liquides peuvent former des composants souples, extensibles, et la forme reconfigurable dans des dispositifs électroniques et électromagnétiques. Bien qu'il soit possible de manipuler ces fluides par des méthodes mécaniques (par exemple, pompage), méthodes électriques sont plus faciles à miniaturiser, le contrôle et la mise en œuvre. Cependant, la plupart des techniques électriques ont leurs propres contraintes: électromouillage sur diélectrique nécessite de grandes (kV) potentiels pour modeste actionnement, électrocapillarité peut affecter relativement petits changements dans la tension interfaciale, et ele continuctrowetting est limitée à fiches du métal liquide dans les capillaires.

Ici, nous présentons une méthode pour actionner le gallium et des alliages de métaux liquide à base de gallium par une réaction électrochimique de surface. Le contrôle du potentiel électrochimique sur la surface du métal liquide dans l'électrolyte modifie rapidement et de manière réversible la tension interfaciale de plus de deux ordres de grandeur (̴500 mN / m à près de zéro). En outre, ce procédé nécessite seulement un potentiel très modeste (<1 V) appliquée par rapport à une contre-électrode. La variation résultante de la tension est due principalement au dépôt électrochimique d'une couche d'oxyde de surface, qui agit comme un agent tensio-actif; enlèvement de l'oxyde augmente la tension interfaciale, et vice versa. Cette technique peut être appliquée dans une grande variété d'électrolytes et est indépendante du substrat sur lequel elle repose.

Introduction

Cette méthode fournit un moyen simple de contrôler la tension superficielle des métaux liquides contenant du gallium. La méthode utilise des tensions modestes (~1 V) appliquées directement au métal liquide (par rapport à une contre-électrode en présence d’électrolyte) pour obtenir des changements énormes et réversibles de la tension superficielle du métal¹.

La tension superficielle est une force dominante pour les liquides à de petites échelles de longueur et est importante pour un certain nombre de phénomènes capillaires, notamment le mouillage, l’étalement et l’écoulement entraîné par la tension superficielle. Par conséquent, ....

Protocole

1. La manipulation de la tension interfaciale de Liquid Metal dans l'électrolyte

1. Oxydation
   1. Verser un électrolyte aqueux (acide ou basique) dans une boîte de Petri. Pour faire en sorte que l'oxyde est complètement enlevée, utiliser un acide ou une base à une concentration supérieure à 0,1 M ²⁴ (par exemple NaOH 1 M ou HCl 1 M). Utiliser un volume qui permettra de combler le plat à une profondeur d'environ 1-3 mm. Éviter tout contact avec la peau avec ces solutions.
   2. Utiliser une seringue pour déposer une goutte (de manière optimale entre 10 à 500 pi) d'un alliage à base de gallium dans l'électrolyte.....

Résultats

A la figure 1 montre un exemple de la technique simple à deux électrodes pour oxydation et de réduction. Dans ce cas, une goutte de 70 ul du métal liquide placé dans une NaOH 1 M de solution de contacts un fil de cuivre pour établir une connexion électrique. Le NaOH 1 M enlève l'oxyde de métal de la surface et permet au métal à perler en raison de sa tension interfaciale. L'application d'un potentiel de 2,5 V entre la go.......

Discussion

Cette méthode contrôle la tension de surface des métaux liquides à base de gallium en utilisant de petites tensions pour entraîner le dépôt et le retrait d'un oxyde de surface. Bien que la méthode ne fonctionne que dans les solutions électrolytiques, il est simple, et travaille dans une grande variété de conditions différentes, mais il ya des subtilités à noter. En l'absence de tension électrique, les deux solutions acides et basiques etch à une distance de l'oxyde ^27. L'application d.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Eutectique Gallium Indium	Indium Corporation
Hydroxyde de sodium	Fisher Scientific	2318-3
Acide chlorhydrique	Fisher Scientific	A481-212
Fluorure de sodium	Sigma-Aldrich	201154
Adhésif optique	Norland	NOA81
Polydiméthylsiloxane ( Sylgard-184)	Dow Corning		Kit d’élastomère de silicone
Capillaires en verre borosilicaté	Friedrich et Dimmoch	B41972
Microélectrodes d’électrodes de référence Ag/AgCl	Inc.	MI-401F
Source de tension	Keithley	3390
Potentiostat	Gamry	ref 600
Découpeuse laser	Universal Laser Systems	VLS 3.50