Name: La préparation de ElectroHydroDynamique Ponts de polaires liquides diélectriques (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Découvrez la création de ponts liquides électrohydrodynamiques entre deux récipients contenant des liquides polaires purs. Cette méthode utilise des électrodes de platine et une tension continue pour former des connexions liquides stables.

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Ce travail a été réalisé dans le cadre ITT de coopération de Wetsus, centre d&#39;excellence pour la technologie durable de l&#39;eau (de www.wetsus.nl). Wetsus est financé par le ministère néerlandais des Affaires économiques, le Fonds européen de développement régional de l&#39;Union, la province de Frise, la ville de Leeuwarden et le programme EZ / Kompas du «Samenwerkingsverband Noord-Nederland&quot;. Les auteurs tiennent à remercier les participants du thème de recherche &quot;Physique Appliquée de l&#39;eau&quot; pour les discussions fructueuses et leur soutien financier.

1. Recommandations générales <ol><li> Porter des gants jetables, sans poudre à travers la mise en place de l&#39;expérience pour éviter la contamination par la sueur ou de l&#39;huile sur les mains. </li><li> Nettoyez toute la verrerie, les électrodes et les autres parties qui entrent en contact avec le liquide à l&#39;étude, en accordant une attention particulière pour éviter l&#39;introduction de contaminants qui peuvent se dissoudre dans la phase liquide. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un appareil de mesure de la conductivité, la mesure de la conductivité électrique du liquide qui sera utilisée dans l&#39;expérience et de confirmer qu&#39;il est ≤1 uS / cm. </li></ol> 2. installation expérimentale <ol><li> Système de pont horizontal (figure 1a) <ol><li> Placer une paire de plates-formes réglables en hauteur sur une surface non-conductrice niveau. Fixer une plate-forme en place et monter l&#39;autre plate-forme sur une platine de translation linéaire motorisé qui a un Voyage minimum de 25 mm. </li><li> Sécurisés plaques isolantes (Figure 1a, partie j) à the de la surface supérieure des plates-formes réglables. Utilisation des plaques qui sont sur-dimensionnés de manière à surplomber les plates-formes par au moins 10 mm sur les côtés isolant. Utilisation des matériaux courants tels que le Téflon, l&#39;acrylique, ou un verre de fenêtre. Choisissez l&#39;épaisseur à prévenir la dégradation de la tension maximale prévue. </li><li> Branchez le bloc d&#39;alimentation haute tension (figure 1a, partie m) selon les instructions du fabricant. </li><li> Solder pinces crocodiles à la fin de la fois la haute tension et les fils de terre. </li><li> Fixer une extrémité d&#39;un bras de support réalisé à partir de matériau isolant rigide sur un support annulaire avec la tige d&#39;isolation en saillie horizontalement au-dessus des plates-formes d&#39;isolation. </li><li> Montez les fils de terre et haute tension pour les bras de support en utilisant soit plusieurs tours de ruban électrique, les liens de fil de nylon ou d&#39;autres moyens appropriés pour que les pinces crocodiles saillie vers le bas au-dessus des plates-formes isolées. </li><li> Clip une électrode de platine (Figure 1a, partie k) Dans chacune des deux pinces crocodiles. </li><li> Positionner les bras de support de telle sorte que le fil à haute tension est au-dessus de la plate-forme fixe et le conducteur de terre est au-dessus de la plate-forme mobile. </li></ol></li><li> Système de pont verticale (figure 1b) <ol><li> Attacher une pince non-conductrice à une platine de translation linéaire, de sorte que la pince peut se déplacer un minimum de 25 mm. Utilisez cette pince pour tenir le navire (figure 1b, partie i) qui sera relié au fil de terre. </li><li> Monter cet ensemble sur une structure de support rigide verticale. </li><li> Attacher une pince non conductrice similaire à la ligne et au-dessous de l&#39;appui sur la platine de translation linéaire. Utiliser cette pince pour maintenir le navire, qui sera relié au fil de haute tension. </li></ol></li><li> Faites un &quot;cul-de-bâton» (Voir Figure 1c à titre d&#39;illustration) <ol><li> Obtenir une pièce en matériau rigide non conducteur, tel qu&#39;une tige de verre ou de plastique de 30 à 40 cm de long (Figure &amp;# 160; 1c, partie p). </li><li> Fixez un morceau de métal conducteur 10-15 cm de long (figure 1c, partie q) à une extrémité de la tige à l&#39;aide de plusieurs tours de ruban électrique (figure 1c, partie r) appliquée d&#39;une manière ou d&#39;une autre traversée matériel de fixation. </li><li> Utilisez le &quot;mort-coller» à combler les tension et la masse des électrodes haute avec le bout de métal après l&#39;alimentation est coupée pour s&#39;assurer que le circuit est déchargée avant de manutention. </li></ol></li></ol> 3. Fonctionnement des ponts liquides <ol><li> Ponts Horizontal Liquide <ol><li> Remplir chaque récipient (Figure 1a, partie i), avec suffisamment de liquide pour amener la surface à l&#39;intérieur de 1 à 5 mm de la buse de coupe ou de la jante. Pour les récipients (diamètre 60 mm) utilisés dans cette démonstration, en utilisant 67 g de liquide pour l&#39;eau, 74 g de DMSO, ou 84,4 g de glycérol. </li><li> Placez les 2 navires sur la plate-forme d&#39;isolation tels qu&#39;ils Physcontacter ment les uns des autres en un seul endroit, comme les becs, mais le bord de la paroi droite fonctionnera également. </li><li> Ajuster la hauteur de la plate-forme de sorte que le liquide ne communique avec l&#39;électrode de platine et pas la pince crocodile ou de fil. Faites attention à l&#39;alignement vertical de sorte que le pont résultant soit à l&#39;horizontale. </li><li> Placer les électrodes de platine dans les récipients remplis de liquide de sorte qu&#39;ils sont au moins 15 mm à partir de la position de contact lorsque le pont se forme. NOTE: En général, les électrodes sont placées entre le centre de la cuve et la paroi la plus éloignée de l&#39;endroit où les deux vaisseaux sont en contact. </li></ol></li><li> Verticales liquides Ponts <ol><li> Utilisez deux propres, fermés bateaux avec un port de liquide comme le montre la figure 1b, partie i. </li><li> Remplir chaque récipient avec le liquide à l&#39;étude afin qu&#39;il n&#39;y ait pas de bulles d&#39;air. </li><li> Insérez une électrode (figure 1b, partie k) dans chaque récipient et fermer la cap pour maintenir le liquide en place. </li><li> Monter les deux cuves fermées dans les bornes non conductrices (voir 2.2) de telle sorte que les ouvertures pointent l&#39;un vers l&#39;autre. </li><li> Ajouter quelques gouttes de liquide à l&#39;ouverture du tube inférieur de sorte qu&#39;une surface de liquide incurvée en saillie de quelques millimètres au-dessus du bord du verre. </li><li> Amenez l&#39;embarcation supérieure vers le bas de sorte qu&#39;il entre en contact avec une faible formation d&#39;un petit pont capillaire. </li><li> Connectez la sortie haute tension de l&#39;alimentation (figure 1b, partie m) à la cuve inférieure (fixe) de borne d&#39;électrode et la terre à la (traduction) récipient supérieur. </li></ol></li><li> Opérations haute tension <ol><li> Considérations générales <ol><li> Avant d&#39;aller plus loin confirment que toutes les surfaces soient sèches et que pas de liquide de piscine, des films, ou des gouttelettes sont présentes sur les plates-formes d&#39;isolation. </li><li> Avant d&#39;appliquer le pouvoir de l&#39;expérience confirment qu&#39;il n&#39;y a pas de court-circuit et qu&#39;il n&#39;y a pas de raison pASD présente ce qui peut entraîner le personnel ou les équipements entrant en contact avec des surfaces sous tension. Assurez-vous de suivre toutes les procédures et d&#39;observer les avertissements émis par le fabricant de l&#39;alimentation haute tension. En cas de doute demander conseil à un personnel de sécurité qualifié. </li><li> Réglage de la polarité de la tension d&#39;alimentation (si sélectionnable) avant l&#39;application de la puissance. En règle générale, utiliser la polarité de tension positive car cela donne des ponts plus stables. REMARQUE: polarité négative peut aussi être utilisé, mais a tendance à produire des effets de charge d&#39;espace prononcés qui peuvent affecter significativement les propriétés physiques à la fois du liquide diélectrique 48 et affecte la densité de charge dans la région expérimentale en raison de la différence fonctionnelle à couler plutôt que l&#39;approvisionnement en électrons sous les hauts potentiels comme excès de charge peut être pulvérisé sur isolants entourant les structures de soutien. </li><li> Ouvrir la limite de courant du bloc d&#39;alimentation de manière à fournir pas plus de 6.5 mA de courant. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Choisissez l&#39;un des deux profils de tension qui peuvent être appliquées - rampe ou pas. <ol><li> Utilisation d&#39;une rampe de tension lors de la première de départ et les caractéristiques de performance du liquide ne sont pas encore connus. <ol><li> Baissez la limite de tension de l&#39;alimentation pour fournir 0 kV. </li><li> Permettre la sortie du bloc d&#39;alimentation et commencer à augmenter lentement la limite de tension à une vitesse de l&#39;ordre de 250 V / sec. </li><li> Respecter la tension à laquelle pont d&#39;inflammation, ce sont approximatives tension de seuil d&#39;allumage (V t). </li></ol></li><li> Utilisation d&#39;un échelon de tension pour appliquer rapidement la tension dans le système. <ol><li> Définir la limite de la tension d&#39;alimentation à la valeur désirée au-dessus du seuil d&#39;allumage qui a été déterminée à l&#39;aide d&#39;une rampe de tension pour le système liquide à l&#39;étude (voir 3.3.2.1.3). </li><li> Permettre la sortie du bloc d&#39;alimentation. REMARQUE: Une étape de tension peut entraîner un arc électrique et l&#39;éjection de gouttelettes et peut nécessiter plusieurs soicondes avant un pont fait stables. Un arc électrique produit de l&#39;ozone et le peroxyde entraînant une augmentation de la conductivité du liquide si on les laisse persister pendant plus de quelques secondes. Il est recommandé de remplacer le liquide avec du matériel frais si un arc est un problème. </li></ol></li></ol></li><li> Stabiliser le pont suivant allumage. <ol><li> Confirmez allumage pont en observant un flux régulier de liquide entre les deux navires. NOTE: Cela se produit généralement entre 8-10 kV et sera accompagné par conduction de courant entre 250-500 uA en fonction du liquide utilisé. </li><li> Réglez le pont pour l&#39;extension en augmentant la tension à 10-15 kV avec une consommation de courant ~ 1.000 uA. NOTE: la valeur réelle dépendra du liquide utilisé. </li><li> Étendre le pont à une distance d&#39;environ 1 mm par 1 kV tension appliquée, par exemple 15 mm pour 15 kV. Si nécessaire, réglez le pont en fonction en outre sur les besoins de l&#39;expérience. REMARQUE: Un pont stable can exister pendant de nombreuses heures. </li></ol></li></ol></li><li> Procédures d&#39;arrêt <ol><li> Eteindre le pont en désactivant la sortie de l&#39;alimentation à haute tension. Attendez quelques secondes pour que les condensateurs d&#39;alimentation à décharge et l&#39;affichage de la tension tombe à zéro. </li><li> Utilisez le &quot;mort-bâton&quot; construit dans la section 1.3 de court-circuiter les porte-électrodes avant de manipuler les pièces précédemment sous tension. </li></ol></li></ol> 4. Imaging <ol><li> Projection de Fringe <ol><li> Préparer une plaque de frange binaire en imprimant des bandes noires sur un film transparent et apposer ce à un écran opalescent diffuseur. Pour cet exemple, utilisez un format A4 (soit 297 mm x 210 mm) plaque de frange. </li><li> Placer la plaque de franges en face d&#39;un rétro-éclairage de sorte que les franges sont projetées sur l&#39;ensemble du montage expérimental. </li><li> Enregistrez soit des images fixes ou des films de la frange d&#39;interférence en utilisant n&#39;importe quel nombre de caméras numériques. </li><li> Suivi des modifications in la surface du liquide, ainsi que des changements dans la longueur du chemin optique du liquide de sous-tendant en analysant les images enregistrées dans 4.1.3. REMARQUE: L&#39;analyse quantitative des changements observés est réalisée via l&#39;évaluation de la frange à l&#39;aide de divers logiciels tels que le programme IDEA disponible gratuitement 49. Les détails et les considérations de l&#39;analyse des franges spécifiques sont couverts ailleurs 49-51. </li></ol></li><li> Imagerie thermographique <ol><li> Régler la gamme dynamique de la caméra thermographique selon les instructions du fabricant. REMARQUE: Généralement, un étalonnage en deux points qui englobe toute la gamme de température attendue est suffisante pour assurer une bonne résolution thermique. La plupart des ponts liquides fonctionnent dans la plage de température de 20-50 ° C. </li><li> Effectuer une correction de l&#39;émissivité et de calibrage de la température par l&#39;imagerie de la surface libre d&#39;un volume de liquide à l&#39;étude à des températures appropriées pour l&#39;expérience. <ol><li> Remplir un récipient identique àcelui utilisé dans le montage expérimental avec le liquide à l&#39;étude à température ambiante. </li><li> Mesurer la température du liquide en utilisant une thermosonde d&#39;immersion comme un thermocouple de type K. </li><li> Enregistrer une image du liquide dans l&#39;infrarouge. </li><li> Elever la température du liquide à température prévue dans le pont en utilisant une plaque chaude ou micro-ondes. NOTE: Il s&#39;agit généralement d&#39;au plus 10 ° C en dessous du point d&#39;ébullition du liquide (par exemple, 90 ° C pour l&#39;eau). </li><li> Répéter les étapes 4.2.2.2 et 4.2.2.3 pour le liquide à température élevée. </li></ol></li><li> Positionnez l&#39;appareil légèrement au-dessus d&#39;un pont horizontal et le niveau d&#39;un pont vertical de manière à maximiser la zone de surface nominal. REMARQUE: en raison de la forte absorption de moyen et long vague rayonnement infrarouge par la plupart des liquides polaires, que la distribution de la température de la surface sera visible. </li><li> infrarouge d&#39;enregistrement du système de pont à partir avant d&#39;activer les sorties sur le power approvisionnement et continue jusqu&#39;à ce que l&#39;expérience soit terminée ou que la mémoire tampon de l&#39;appareil photo est pleine. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Les auteurs, Dr. Mónica López Sáenz et Dr. Oliver Schreer, sont des employés de l’IRCAM GmbH, qui produit les instruments utilisés dans cet article. Les autres auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

La formation réussie de ponts liquides EHD stables et robustes nécessite d&#39;attention soit accordée à certains détails simples mais importantes. Il est essentiel que la conductivité ionique de la solution soit aussi faible que possible (par exemple, de 1 à 5 S / cm). Soyez conscient que la contamination de l&#39;eau peut entraîner une augmentation de la conductivité pour certains liquides polaires (par exemple, glycérol). Laver tous les verrerie bien attention à rinçage soigneux, utilisez uniquement la verrerie exempt de contamination de surface ou arc induit des marques de brûlures. En général, il est recommandé de porter des gants lors de la manipulation d&#39;équipement pour éviter que les huiles de la peau et des sels de contaminer l&#39;expérience. Les électrodes doivent être exposés à des ultrasons pendant plusieurs minutes dans le solvant à l&#39;étude et il est recommandé que ceux-ci sont «gravée» en exécutant un pont non étendu pendant 30-45 min à fortes valeurs de courant (par exemple, 3-5 mA) pour réduire électrode secondaire réactions. Haute pureté (par exemple,&gt; 99,9%métaux nobles) le mieux comme matériaux d&#39;électrode et doivent avoir une surface suffisante de façon à maintenir de faibles densités de courant de l&#39;ordre de 10 A / m² afin de réduire l&#39;échauffement local. Dans le cas des ponts qui ont une mauvaise stabilité ou sont difficiles à démarrer Il est recommandé de confirmer première conductivité est ~ 1 S / cm et qu&#39;il n&#39;y a pas piscines étrangères de liquide qui peuvent permettre à une voie de courant alternatif. En général, il est recommandé que toutes les surfaces soient aussi sec que possible, accorder une attention particulière à couches minces qui peuvent former entre les navires et les plaques isolantes. Si un arc se produit la puissance d&#39;interruption et de réduire la valeur de la tension puis appliquez de nouveau pouvoir comme un arc soutenu entraînera la &quot;carbonisation&quot; des zones touchées qui peuvent nuire à la stabilité de pont ou de prévenir pont allumage tous ensemble. Si l&#39;alimentation est appliquée au système-dessus de la tension de seuil et aucune forme de pont d&#39;une tige de verre isolant peut être utilisé pour aspirer le liquide vers le haut vers epoints de e de contact (par exemple, les becs de bécher) entre les deux navires. Si le système continue à se comporter de façon instable nettoyer l&#39;équipement et recommencer avec un liquide frais. A défaut, il est recommandé de faire l&#39;inventaire de l&#39;environnement que les grands objets, des matériaux qui supportent la charge statique, ou forts courants d&#39;air peuvent perturber le pont et / ou le champ électrique qui la soutient métalliques. Le système expérimental est facilement modifié pour s&#39;adapter matériaux couramment disponibles dans la plupart des laboratoires. Contenants de liquides peuvent être de presque n&#39;importe quel matériau compatible et une attention particulière devrait être accordée à l&#39;inflammabilité du conteneur ou de la phase liquide en cas d&#39;arc électrique; par exemple Teflon va générer des gaz dangereux lorsqu&#39;il est brûlé. forme de l&#39;électrode, le placement, et le matériel peuvent également être modifiés pour répondre aux contraintes d&#39;un set-up donné. Typiquement électrodes planaires à base de feuille métallique sont utilisées, mais peuvent également être utilisés à condition que les instructions de densité de courant<html> sont pris en considération. Le champ électrique peut être appliqué pur courant continu, alternatif pur, DC ou AC polarisée. Tout se produire ponts liquides à l&#39;intérieur du tributaire gamme de réponse en fréquence pour les liquides décrits dans la littérature sur l&#39;électromouillage sur diélectrique (EWOD) et une diélectrophorèse (DEP) 9 qui définissent une plage de fréquences de réponse entre 20 Hz et jusqu&#39;à 20 kHz pour des tensions modérées. Plages de fréquences plus élevées peuvent également générer des ponts bien que ceux-ci n&#39;ont pas été explicitement testée et certains chercheurs ont rapporté la limite inférieure pour les ponts verticaux alternatifs à 50 Hz 42. Orientation de gravité est également facilement modifiée dans la mesure où un système peut être conçu pour fournir des surfaces liquides libres, qui sont stables sans champ électrique appliqué. Des expériences ont été menées en l&#39;absence de gravité 41, qui a montré que ces ponts ont une dépendance à l&#39;influence de la gravité de stabilisation qui maintient l&#39;équilibre délicat de forces dans un pont liquide. ent &quot;&gt; ponts liquides EHD sont un nouvel outil qui peut être ajouté au répertoire de nombreuses applications de sciences naturelles. Ils permettent l&#39;exploration de l&#39;interaction des forces de surface et de volume avec des champs électriques appliqués de l&#39;extérieur. Ils ouvrent la possibilité d&#39;examiner de nouveaux moyens de le mélange de différents liquides 37; changer la cinétique chimique 52; transport des protons 44,45, et l&#39;examen de la réponse des systèmes biologiques à ces conditions 53 En outre, ces ponts permettent d&#39;accéder directement à la surface du liquide sans structures sous-tendant physique qui a déjà donné des nouvelles. informations spectroscopiques sur la dynamique de l&#39;eau liquide 28 et fait allusion non seulement à l&#39;existence d&#39;un interrupteur commandé électriquement de l&#39;État dans lequel de nouvelles propriétés en vrac émergent 31, mais à la possibilité d&#39;examiner liquide-liquide transitions de phase 54 par une méthode entièrement nouvelle. L&#39;application industrielle généralisée des processus de JEP (par exemple, </em&gt;, électrofilature 26, et électrospray 32,33 méthodes) très certainement peuvent bénéficier d&#39;une étude plus approfondie de ces phénomènes étroitement alliés.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Floating water bridge, characteristic curves graph; current vs. voltage relationship; threshold analysis." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. ≥ 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Floating water bridge graph with current vs. voltage, diagram showing threshold curves and stability images." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.  Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

L'interaction entre les champs électriques et les résultats de la substance liquide dans un certain nombre de forces évolution dans la masse de matériau. Dans les systèmes réels diélectriques liquides, les gradients de champ non négligeables et la brisure de symétrie géométries se traduisent par un certain nombre d'effets apparemment particulières. Hertz a été l'un des premiers à noter le mouvement de rotation en liquide-solide des systèmes diélectriques 1. Quincke observé que la tension interfaciale entre les deux fluides a été non seulement changé par l'application d'un champ électrique extérieur mais que cette modification a donné lieu à l'exercice d'une force sur le corps de fluide et peut être utilisé pour induire un mouvement de rotation 2. Armstrong a découvert le pont de l'eau flottant en 1893 3, qui est resté un tour du parti énigmatique jusqu'à récemment, lorsque Fuchs et ses collègues ont exploré masse et de charge mécanique de transport 4,5 et rouvert l'enquête scientifique sérieuse sur les mécanismes par lesquels ces ponts font. Les champs électriques ont la Ability soulever les liquides contre la force de gravité en tant que travail de Pellat montée sur liquide diélectrique entre les électrodes à plaques parallèles 6 montre. Cette action de levage montre une dépendance en fréquence et en fin de compte peut être décrite par le tenseur des contraintes de Maxwell 7. Ceci est important lorsque l'on considère la hausse du niveau de liquide associé à (JEP) ponts liquides électrohydrodynamiques qui dans des conditions AC ne montrent une dépendance en fréquence 8 semblable à électromouillage sur diélectrique (EWOD) et diélectrophorétique (DEP) du débit massique 9. En outre, l'application de champs électriques à haut potentiel est important dans le contrôle de jet de liquide et rompre l'interaction du champ électrique avec des liquides est essentiel pour comprendre le processus d'atomisation industriellement important électrospray 10,11. Un champ électrique externe n'influence pas seulement l'énergie de surface. Grâce à l'action de la polarisation et de la contrainte de cisaillement, la structure des flux peutêtre mis en place. Un exemple en est la circulation de liquides en présence de champs électriques inhomogènes. Par la présente courants electroconvective sont établis dans la masse liquide entraîné par les contraintes de cisaillement. Sumoto démontré qu'un moteur à fluide peut être construit en utilisant un rotor en verre contenant un liquide non polaire ou une tige métallique immergé dans un bain diélectrique non polaire et placé dans un champ électrique non homogène 12. Une analyse ultérieure par Okano utilisé une approximation de champ homogène 13 pour résoudre le problème de rotation qui ne pouvait correspondre qualitativement les résultats expérimentaux et a exigé que les liquides diélectriques pour répondre comme une masse unique. D'autres chercheurs sur le sujet ont manqué le point tout comme ils considérés à tort et ont exploré l'effet Sumoto comme un niveau de liquide monte 14-16 en réponse aux travaux de champ électrique mis au point par Pellat 17. L'importance de la symétrie de la surface de rupture pour le processus de localisation charge et généré stre de cisaillementss 18 est essentiel de saisir pour la recherche sur les ponts de JEP liquides. Le traité de Melcher sur continuum électromécanique 19 fournit une base théorique complète pour le traitement des liquides en vrac et simplifie surfaces libres dans la limite homogène isotrope. L'importance des surfaces est néanmoins clair, même du point de vue de continuum comme la perte des résultats de la symétrie dans la contrainte de cisaillement qui peuvent générer transport en vrac. Pris dans le cas général de discrets volumes de fluide mobiles qui peuvent être polarisés et sont soumis à la force de réaction résultant lors de l'approche de la surface, l'interaction du champ électrique peut être remplacé dans les deux équations de Navier-Stokes et 20 de Bernoulli 7,21,22 relations pour décrire la multitude de phénomènes d'écoulement EHD y compris les ponts liquides. Une étude plus approfondie des ponts liquides peut améliorer un certain nombre de technologies de base telles que JEP à jet d'encre d'impression 23-25, micro-et nano-traitement des matériaux 26-28, l'administration de médicaments 29, 30, 31,32, les applications biomédicales et dessalement 33. Les procédés décrits ici permettent d'accéder à la formation de ponts liquides JEP qui se trouvent dans des liquides polaires dont les molécules possèdent un moment dipolaire permanent. Les résultats du champ électrique inhomogène imposées à une polarisation partielle de la population de dipôle produisant un changement local de la permittivité diélectrique ainsi renforcer davantage gradients de champ 18,34,35. Cette polarisation donne lieu à une force de déplacement qui, en fonction de l'intensité relative du champ appliqué va générer un certain nombre de réponses liquides (voir les figures 4-7), qui résulte en la formation d'un pont. Le liquide sera également développer un écoulement de Taylor 22,36 le long des surfaces d'électrodes en particulier dans les cas où il existe une arête vive présente sur les électrodes. La possibilité d'injection de charges à bords tranchants existe également et est compatible avec l'formation de couches d'heterocharge qui génèrent des courants electroconvective dans la masse liquide 22 reliant ainsi le système de pont liquide avec l'effet Sumoto 12. Les relations de JEP régissant pour les ponts sont largement couverts par ailleurs pour l'eau et d'autres liquides polaires 22,36-38. Ces approches théoriques souffrent certaines restrictions qui doivent être considérés lorsque vous approchez des données expérimentales. Le Maxwell contrainte traitement tenseur 36 est insensible aux hétérogénéités de champ ainsi que les non-uniformités dans le pont liquide. Une approche EHD pur 37 fournit des définitions de l'état d'équilibre du nombre electrogravitational et sa relation avec le rapport d'aspect de pont; Toutefois, la dynamique des écoulements et phénomènes transitoires importants (par exemple, la création de pont) ne sont pas prévisibles. Trois nombres sans dimension sont utiles lors de l'analyse de la stabilité du pont et sont dérivées ici comme précédemment publié par Marín et Lohse 37 E) est défini comme le rapport entre les forces capillaires et électriques: <img alt="L'équation 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200"> où ε 0 est la permittivité du vide, ε r la permittivité diélectrique relative du liquide, E t est le champ électrique à travers le pont, γ est la tension de surface, d s et d l sont les projections verticales et horizontales du diamètre, de sorte que pour obtenir le diamètre moyen D m. Le nombre de Bond (Bo) décrit l'équilibre entre les forces de gravité et capillaires: <img alt="Equation 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150"> où g est l'accélération de la pesanteur, l est la longueur du pont libre, et V est le volume de pont. La relation entregravitationnelle, capillaire, et les forces électriques peuvent être exprimés en termes de nombre electrogravitational G E: <img alt="Équation 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200"> L'extensibilité maximale d'un pont est liée à la tension appliquée alors que le courant traversant le pont est lié à l'aire de section transversale et par conséquent le diamètre. Ces relations sont couplés, déterminer le volume de pont, et ainsi définir la région de stabilité pour un pont de liquide de fonctionnement donné. Les courbes caractéristiques pour un pont d'eau sont donnés dans la Figure 3 qui représente un seuil inférieur en dessous de laquelle le champ appliqué est trop faible pour vaincre les forces de tension de surface et une limite supérieure au-dessus de laquelle la masse du pont est trop important entraînant une fuite qui en outre perturbe le domaine et les résultats de rupture de pont. Le traitement plus généralment des ponts liquides dans des solvants polaires 19,22 fournit les conditions de fonctionnement de pression combinés avec le pont de prédire les forces qui régissent la dynamique d'écoulement dans le contexte d'une équation de Bernoulli modifiée avec le plan de déplacement électriques ajoutées à la durée de la pression. En outre, la relation Onsager pour la stabilité des ions 24 est constituée en accord avec les observations expérimentales sur l'équilibre et le sens de pompage émission thermique. Un certain nombre de liquides polaires ont été étudiés, y compris l'eau, les alcools aliphatiques inférieurs (par exemple, le methanol), des poly-alcools (par exemple, le glycerol), le diméthylsulfoxyde (DMSO) et d'autres composés organiques polaires (par exemple diméthylformamide). Des liquides diélectriques non polaires (par exemple, l'hexane) ne présentent pas de formation pont. Les liquides diélectriques capables de supporter les ponts jusqu'à présent étudiés 8,22,37 mensonge dans un groupe bien défini de paramètres physiques qui établissent un bon point de départ for une expérimentation plus poussée: faible conductivité (σ &lt;5 S / cm), la permittivité relative statique modérée (ε = 20-80), modérée à haute tension superficielle (γ = 21-72 mN / m). Il est intéressant d'une large gamme de viscosités η = (0,3 à 987 mPa · s) en oeuvre de tels ponts. Dans les liquides avec viscosité suffisamment élevée tels que la glycérine, il est possible de tirer un pont directement à partir du vrac liquide (voir Figure 5) et est un lien important entre les forces diélectrophorétiques et ponts liquides. Des solutions ioniques (par exemple, du NaCl (aq)) sont très perturbatrice pour combler la formation et dans des études précédentes ont été 40 démontré que l'augmentation de la température du pont, de diminuer le rapport de longueur à la tension appliquée, et à réduire l'extensibilité. Ce comportement est en grande partie attribuable à l'effet des frais de blindage d'ions dissous ainsi que l'augmentation conduction qui réduit le couplage entre les éléments de volume de fluide et le champ électrique. &lt;p class = "jove_content"&gt; Sur les phénomènes de JEP au niveau du continuum se pose tout simplement parce que les conditions de pression nécessaires qui accompagnent électrostriction ne se trouvent à l'interface liquide 21. En outre, il existe une relation entre la stabilité de ponts liquides EHD et la stabilité des interfaces du système. Dans le cas des expériences de microgravité 41 les résultats expansion de surface dans une force qui déchire le pont de l'autre. De même, si la surface est trop limitée ou la zone de contact sous-tendant petit pont se développeront probablement des instabilités. Ceci peut être illustré dans les ponts qui sont alimentés par des tubes ou dans le cas des ponts verticaux dans lesquels une électrode est tiré vers le haut à partir de la surface - les ponts résultants sont moins stables dans le fonctionnement à long terme car ils n'ont pas la dynamique d'écoulement typiques trouvés dans la situation où deux réservoirs ont une grande surface libre. Ponts dont les liens avec le réservoir de liquide sont confinés à l'intérieur des tubes spectacle iaccumulation thermique et ncreased chute de tension superficielle. Il est caractéristique que d'une interface d'air former spontanément à l'intérieur de la tubulure. Cette condition limite à la fois l'extensibilité maximale ainsi que la durée de vie moyenne du pont pour les ponts liquides confinés. Ouvrir ponts d'eau de surface peuvent être étendus à 35 mm de longueur à 35 kV alors qu'aucun pont persistera à une telle tension d'accélération en isolement comme le liquide transitions de préférence dans un mode électrospray. De même, les ponts d'eau de surface libre ont des durées de vie de stabilité approchant 10 h dans des conditions contrôlées, alors que dans les systèmes de tube alimenté la durée de vie est généralement inférieure à 2 heures. phénomènes de JEP sont généralement considérés comme seulement au niveau de continuum. Un nombre limité d'études sur la base moléculaire des ponts liquides ont été menées. Une étude Raman 42 l'aide de ponts ca verticales étudié la bande OH-étirement inter-moléculaire par rapport à l'eau en vrac. Certains changements dans la scprofils attering après l'application du champ électrique se révèlent avoir une origine structurelle. En utilisant la spectroscopie de la sonde de la pompe à mi-infrarouge ultrarapide sur un pont flottant d'eau 43 la durée de vie de vibration de l'étirement vibration OH des molécules HDO contenue dans un HDO: D 2 O pont de l'eau s'est avérée être la plus courte (630 ± 50 fs) que pour les molécules HDO HDO en vrac: D 2 O (740 ± 40 fs), alors que par contre, la dynamique de thermalisation qui suivent la relaxation de vibration sont beaucoup plus lentes (1500 ± 400 fs) de HDO en vrac: D 2 O (250 ± 90 fs). Ces différences dans la dynamique de relaxation de l'énergie indiquent fortement que le pont de l'eau et de l'eau en vrac diffèrent à l'échelle moléculaire. En outre, la recherche sur l'émission infrarouge d'un pont flottant d'eau a révélé une caractéristique non thermique qui pourrait être due à une transition d'un état ​​excité à l'état d'un proton bande de conduction 44 du sol. Une autre étude plus récente reporte Ramand que l'eau en continu un pont, il ya une distribution radiale dans le spectre qui est indicatif de la différence relative de pH local entre le noyau et l'enveloppe extérieure du pont 45. La distribution radiale des caractéristiques physiques à l'intérieur des ponts liquides EHD est en outre étayée par UV inélastique des expériences de diffusion 46 qui donne les distributions radiales contradictoires dans les profils de température et de densité et peut s'expliquer soit par un gradient en degrés moléculaires de liberté ou de la présence d'une phase secondaire sous forme de bulles nano. Le concept ultérieure n'est pas pris en charge par un petit angle X-ray étude de diffusion 47 alors que le concept de rotation encombrée (c.-à-librations) est pris en charge à partir des spectres d'émission infrarouge 44. Le sens d'écoulement préférentiel dans les ponts liquides JEP résulte des variations de la cinétique auto-dissociation. En accord avec le travail de Onsager cette constatation est prometteuse pour relier les phénomènes au niveau moléculaire et continus &lt;sup&gt; 22. Une preuve supplémentaire de la base moléculaire de EHD phénomènes se trouve dans l'observation que l'émission thermique de la gouttelette diminue localement diélectrique en réponse à l'augmentation du champ électrique et atteint un minimum juste avant le déclenchement d'un pont (voir figure 7). ponts liquides JEP présentent une occasion d'examiner l'interaction entre les forces à des échelles de longueur multiples et c'est le but spécifique de ce travail de fournir une méthode normalisée pour la production de ces types de ponts dans un certain nombre de liquides avec une orientation par rapport à la gravité qui prend en charge la émergence de l'ensemble des phénomènes caractéristiques discuté précédemment.

<table><tbody><tr><td>Plats de cristallisation en borosilicate</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Flacon à fond rond à double paroi avec ouvertures GL14 et GL8 avec port de joint sphérique de 6 mm</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Verrerie personnalisée avec au moins deux ouvertures une pour l’électrode, une pour le bec de pont.</td></tr><tr><td>Plates-formes réglables</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Motion Translation Stage</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Scène motorisée complète, contrôleur et alimentation</td></tr><tr><td>Les plaques isolantes Doivent</td><td></td><td></td><td>être appropriées pour résister aux tensions prévues sans claquage</td></tr><tr><td>Électrodes Pt</td><td>Alfa-Aesar</td><td>000261</td><td>Laver puis sonicer en 18.2 M&Omega ; eau avant utilisation</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC à une sortie maximale de 5 mA</td></tr><tr><td>Système de sonde de température à fibre optique</td><td>Capteur OpSens</td><td>OTG-F/ Unité de commande XXX-XXX</td><td>Vitesse de lecture 1 kHz, précision 0,01 K, taille de la sonde 120 &#956 ; m</td></tr><tr><td>Caméra infrarouge à ondes longues</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Sensibilité < 30 mK</td></tr><tr><td>Caméra infrarouge à ondes longues</td><td></td><td>FLIR FLIR 620</td><td>30 FPS 640 x 480 pixels Sensibilité à < 45 mK</td></tr><tr><td>Caméra infrarouge bibande à ondes moyennes et longues</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td>Appareil photo numérique</td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Utilisé pour les vidéos et les images fixes</td></tr><tr><td>Trépied</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&Omega ; Eau</td><td>Milli-Q</td><td>Advantage</td><td>Laisser s’équilibrer 24 heures après distribution dans des flacons en borosilicate transparent</td></tr><tr><td>Méthanol déshydraté avec moins de 0,0050 % d’eau AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Garder au sec jusqu’à ce que</td></tr><tr><td>nécessaire Glycérol anhydre pour la synthèse</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Garder au sec jusqu’à ce que nécessaire</td></tr><tr><td>Diméthylsulfoxyde, ACS Grade</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Garder au sec jusqu’à ce que vous en ayez besoin</td></tr></tbody></table>

la préparation de electrohydrodynamique ponts de polaires liquides diélectriques

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Ponts horizontaux et verticaux liquide sont des outils simples et puissants pour explorer l&#39;interaction des champs électriques à haute intensité (8-20 kV / cm) et des liquides diélectriques polaires. Ces ponts sont uniques de ponts capillaires en ce qu &#39;ils présentent une extensibilité au-delà de quelques millimètres, que les modes de transfert de masse complexes bi-directionnels, et de non-Planck émettre un rayonnement infrarouge. Un certain nombre de solvants courants peut former ces ponts ainsi que des solutions de faible conductivité et de suspensions colloïdales. Le comportement macroscopique est régie par électrohydrodynamique et fournit un moyen pour l&#39;étude des phénomènes d&#39;écoulement de fluide hors de la présence des parois rigides. Avant le début d&#39;un pont de plusieurs phénomènes importants de liquide peut être observée consistant à faire avancer la hauteur du ménisque (d&#39;électromouillage), la circulation de fluide en vrac (effet Sumoto), et l&#39;éjection de gouttelettes chargées (électrospray) de. L&#39;interaction entre la surface, la polarisation, et les forces de déplacement peut être directement examinés parvarier la tension appliquée et la longueur du pont. Le champ électrique, assisté par gravité, stabilise le pont liquide contre les instabilités de Rayleigh-Plateau. Construction d&#39;un appareil de base à la fois pour l&#39;orientation verticale et horizontale ainsi que des exemples d&#39;exploitation, y compris les images thermographiques, pour trois liquides (par exemple, l&#39;eau, le DMSO et le glycérol) est présenté.

Ponts liquides électrohydrodynamiques sont distincts des ponts liquides capillaires par trois propriétés: 1) flux, 2) l'extensibilité, 3) l'émission thermique; une comparaison est représentée sur la Figure 2. Avant l'application de la tension de petits ponts capillaires sont souvent observables entre les deux récipients, lorsque le niveau de liquide est au même niveau les becs dans la configuration horizontale. Ils sont inévitables dans la configuration verticale lorsque la distance de séparation est inférieure à quelques millimètres. Tension peut être appliquée dans une rampe (voir 3.4.2.1 dans le protocole) ou pas (voir 3.4.2.2 dans le protocole). Des tensions inférieures à la valeur de seuil (Vt) ne produira pas un pont JEP mais peut déclencher plusieurs autres phénomènes tels que l'expansion de volume de liquide (figure 4), le mouvement ascendant du liquide ligne de contact de l'électrode (Figure 5), la rotation et la circulation du liquide masse (figure 6), electrospraying et la formation du jet (figure 7). V t est une propriété du liquide diélectrique à l'étude, la concentration et le type de constituants présents, de même que l'atmosphère protectrice utilisés. Le seuil d'allumage est également une fonction de séparation de la cuve. Bien allumage pont est possible avec des séparations de plusieurs millimètres de la tension appliquée doit être supérieure et une plus longue période de repos peut être observé avec électronébulisation plus violent liquide avant qu'une connexion stable est formé. Par exemple, avec des réservoirs remplis d'eau séparés par 5 mm, V T augmente jusqu'à 17 à 20 kV ou plus. Une fois que V t est dépassée d'une combinaison de marques d'arc et la pulvérisation d'allumage (figures 8a, 9a) immédiatement suivie par la formation d'un pont mince &lt;1 mm de diamètre. Une fois que le pont est établi circulation du courant suivie par un gonflement de la passerelle (figures 8b, 9b) àDiamètre de 5.3 mm selon les conditions. Dans la plupart des liquides étudiés à ce jour le temps de contact en pont entre le gonflement est de 10 à 500 ms et est en grande partie fonction de la tension appliquée, la distance de séparation, et viscosité 8,22,37 liquide. Dans les ponts horizontaux direction d'écoulement est fonction des conditions spécifiques de liquide. Typiquement, le flux net s'étend de l'anode vers la cathode quand la polarité de la haute tension est positive. Lors de l'extension (figure 8c) dont le diamètre varie généralement dans les basses fréquences entre 1-10 Hz. Oscillations de fréquences plus élevées se produisent également et sont visibles sous forme d'ondes de surface. Optiquement ondes de densité actifs sont visibles dans le corps de pont quand rétroéclairé avec un motif de franges binaire. La fonction de réponse spécifique du système dépend à la fois du système de liquide, ainsi que des caractéristiques d'alimentation électrique. Ponts verticaux sont similaires à bien des égards à hceux orizontal; Toutefois, ceux-ci ne fournissent aucune preuve de débit massique forte et ont généralement une forme d'amphore comme exagérée. L'augmentation de la tension d'attaque d'une colonne cylindrique plus de liquide et l'extensibilité (Figure 9c) est un peu mieux que dans les ponts horizontales (par exemple, 1,25 mm / kV pour l'eau). Comme ponts horizontaux ponts verticaux peuvent se former sans contact direct entre les corps fluides avant tension. Dans ce cas, un cône de Taylor est observée pour former des gouttelettes sur la partie supérieure pendante. Ce spray s'étendra vers le bas formant un jet stable qui gonfle rapidement au contact de la goutte sessile inférieure. Contrairement electrosprays, ponts JEP dans les liquides diélectriques polaires dissipent de l'énergie sous la forme de deux thermique ainsi que l'infrarouge (IR) rayonnement non thermique 44. Enregistrement thermographique de ponts liquides (figures 7-10) est un outil utile pour étudier la dynamique d'écoulement de surface ainsi que pour quantifying le dans operando IR distribution active de l'énergie. Émission thermique est due en grande partie à chauffage ohmique et est donc une mesure sensible de la stabilité des ions différents liquides ont tendance à la chaleur différente, étant donné la même dissipation de puissance. Par exemple, les ponts d'eau (Figure 9c) fonctionnent généralement entre 35-50 ° C, et les ponts de l'alcool courent quelques degrés plus froid en raison à la fois de la pression de vapeur inférieure ainsi que des différences dans la stabilité d'ions 39. Une autre illustration de ce problème se trouve lié dans le DMSO aprotique qui a une pression de vapeur faible et forme des ions négatifs qui migrent dans la direction opposée à la plupart des autres liquides polaires. DMSO ponts ont tendance à fonctionner à des températures proches de 100 ° C (Figure 10a). La viscosité et la capacité de chaleur joue également un rôle important dans la façon dont l'énergie thermique est dissipée dans le système comme on peut le voir par le chauffage localisé trouvé dans les ponts de glycérol (Figure 10b). <p class='"jove_content"&gt;' pont rupture peut se produire travers un certain nombre de voies. il va probablement lorsque le est soit trop pour la tension fonctionnement ou appliqu abaiss au-dessous valeur n au maintien d une longueur donn comme pr par electrogravitational. sera g passer r du diam>(figures 8d, 9d) jusqu'à une valeur critique est atteinte et instabilités Plateau-Rayleigh perturber l'(8e de figures, 9e) du pont de ligand comme dans une chaîne de gouttelettes qui vont migrer dans le champ électrique. Un autre mode de rupture de pont, habituellement disponible uniquement dans la configuration horizontale, se produit lorsque le diamètre de pont devient trop importante résultant en grande masse et un jet d'eau vers le bas. Ce problème peut conduire à des oscillations du pont produisant un effet "d'oscillation" qui peut provoquer le pont de déstabiliser encore en gouttelettes. Brid de grand diamètreges peuvent se produire en raison de l'excès de pression de colonne d'eau dans un récipient en raison d'un écoulement unidirectionnel qui se traduit par une condition de dépassement; en variante, l'augmentation de la tension à des valeurs élevées avec seulement petite séparation produira une très large pont ou "route de l'eau." Ces grands ponts de diamètre peuvent également échouer par s'effondrer dans une grande goutte qui tombe vers le bas par gravité. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" width="500"> Figure 1: L'équipement de base pour JEP expériences de pont liquide. Représentation schématique de (b) système expérimental horizontal (a) et vertical typique pour la création de ponts liquides JEP. Certains détails mécaniques tels que pattes de fixation et les supports d'électrodes sont omis pour plus de clarté. Les composants essentiels sont des navires liquides (i), plates-formes ou mo isolantsRTNU (j), (k) des électrodes, et une alimentation à haute tension (M). Platines de translation linéaire sont recommandées pour la séparation sûre entre les deux bâtiments, une fois un pont est établi. Le bâton mort représenté sur la panneau (c) est assemblé à partir d'un morceau de matériau non conducteur rigide (p), une tige de métal conductrice (q), et plusieurs tours de ruban électrique appliqué de manière Crisscrossed ou autre matériau de fixation (r) . La fin de métal est utilisé pour former un court-circuit entre les deux électrodes après la conclusion des expériences pour s'assurer que le circuit est déchargée avant de manutention. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" width="500"> Figure 2: Comparaison des capillaires et JEP ponts d'eau.Un pont capillaire horizontal ne peut s'étendre sur un petit intervalle de 1,5 mm (un), alors que, les ponts EHD horizontales à trois tensions différentes 4 kV (b), 6 kV (c), 8 kV (d) passent facilement de l'écart. Notez que les ponts EHD s'écoulent sur les becs alors un pont capillaire est suspendu entre les becs. De même, le pont capillaire vertical (e) a une taille étroite (~ 1,5 mm de diamètre.) Et ne peut être prolongée ~ 3.3 mm contrairement ponts JEP verticales qui sont extensibles. Trois ponts EHD entraînés à 4 kV (f), 6 kV (g), et 8 kV (h) à la même distance de séparation que le pont capillaire sont montrées. Tension plus élevée augmente le diamètre de la taille du pont, la vitesse d'écoulement et le chauffage a augmenté en raison de l'augmentation de la dissipation d'énergie dans le pont. Une augmentation de la formation de bulles est également observée pour des tensions plus élevées que la solubilité du gaz diminue quand la température augmente. La barre d'échelledans tous les cadres est de 1 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" width="500"> Figure 3: Courbes caractéristiques pour un pont d'eau liquide. L'relation courant-tension pour des ponts d'eau liquide à 0, 5, 10, 15 mm de distance de séparation est tracée. Un seuil en deçà duquel aucun pont liquide se forme (voir encadré photo en bas à gauche), et un seuil supérieur au-dessus duquel les ponts sont instables (photo en médaillon 1-4) délimitent la région de stabilité. Pour la plupart des ponts avec une extension mesurable (par exemple ≥ 5 mm) la dissipation de la puissance totale est comprise entre 10 et 20 watts. La rupture d'un pont au-delà du seuil supérieur sera souvent suivre une séquence d'événements progressant de opérat normaleion (encadré 1), à des fuites (encadré 2), le relâchement (encadré 3), et enfin la rupture (en médaillon 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" width="500"> Figure 4 d'expansion de volume. L'ensemble de la surface du liquide de deux récipients peut être vu à augmenter en réponse au champ électrique appliqué à l'aide d'un motif de franges projetées binaire. Deux béchers en téflon remplis d'eau sont imagés avec un motif frange projeté à deux différentes tensions appliquées a) 0 kV et b) 15 kV. Le changement de la frange projetée (panneau c) sont analysées en utilisant le logiciel IDEA 33 qui utilise une transformée de Fourier filtré pour convertir les variations de la fréquence de modulation de franges d'unl'élévation relative de la hauteur. La non-uniformité de la transition détectée est due à la faible fréquence spatiale de la frange et des objets projetés en raison de la transformée en cosinus discrète méthode de déroulement de phase en fonction. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" width="500"> Figure 5 Dielectrophoresis et Electromouillage. La réponse électromécanique de glycérol à des champs électriques à haut potentiel. Deux électrodes de platine immergée dans le glycérol anhydre à 0 kV (a), et 19 kV (b) montrent comment le liquide est fortement entraîné vers le haut. Dans une modification de l'expérience de Pellat levé le volume est complètement retiré du réservoir de sous-tendant un rendement bridg EHD de glycérole eu lieu entre les deux électrodes (c). De même, dans le cas de la forme de tiges d'électrodes (d) la ligne de contact avance jusqu'à l'électrode d'application de 15 kV (e) soulever les électrodes tire le corps liquide vers le haut pour former tronc de cône (f) indiquant le mouillage amélioré généré par la forte domaines. Les barres d'échelle sont de 5 mm. Des photographies prises à partir de vidéos supplémentaires S1 (courant alternatif) et S2 (df). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" width="500"> Figure 6 Sumoto effet visualisées dans l'infrarouge. D'une séquence d'images infrarouges d'un seul récipient de glycérol dans un champ électrique non homogène fourni en utilisant une électrode de plan simple pointsystème représenté dans la lumière visible dans le panneau (a). Puissance (19 kV DC) est appliqué à t = 0 sec. Refroidissement de la surface locale se produit au-dessous de l'électrode de pointe (t = 15 s) Ce refroidissement local se propage à travers la surface et développe des hétérogénéités, la production d'une force de rotation tandis que immédiat est initialement faible et nécessite environ 75 secondes à devenir visibles à la surface. Temps entre les images est de 15 sec. La barre d'échelle est de 10 mm. Stills de vidéo supplémentaire S3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig7highres.jpg" width="500"> Figure 7 refroidissement pré-allumage dans un système de pont vertical de 10 mm de distance de séparation. L'cône supérieur Taylor et la goutte sessile inférieure d'un pont d'eau vertical set-u p sont indiqués en gros plan pendant une rampe de tension. Les images sont dans l'infrarouge à ondes longues et représentent la surface d'émission. A partir des images y est un refroidissement constant et de l'allongement (ad) des deux surfaces liquides, la tension appliquée est augmentée à la fois d'atteindre une température minimale de 1 à 2 ° C en dessous de départ (a) juste avant l'éjection d'un jet (e) le cône supérieur de Taylor. La gouttelette inférieure recule avant le jet chargé mais rejoint rapidement après contact (ef), l'émission augmente rapidement comme un pont liquide EHD stable est établi (g). la réduction de la température a été confirmée en utilisant une fibre optique thermo-sonde. La goutte sessile inférieure est ~ 2 ° C plus chaud que le cône supérieur en raison de l'opération précédemment; typiquement le récipient à haute tension permettra d'atteindre une température un peu plus élevée. Stills de vidéos supplémentaires S4 (haut cône) et S5 (gouttelettes en bas).télécharger / 51819 / 51819fig7highres.jpg "target =" _blank "&gt; S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. <img alt="Figure 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" width="500"> Figure 8 images thermographiques d'un pont d'eau horizontal de l'allumage à l'extinction. Série de représentant de composite ondes moyennes (3,7 à 5,0 um) et grande longueur d'onde (de 8,0 à 9,4 um) des images infrarouges qui caractérisent les étapes opérationnelles pour les ponts liquides horizontales affichées pour eau: (a) l'allumage, (b) le développement, (c) l'extension, (d) la stabilisation, (e) la rupture. Dans cette séquence d'image le pont a été éteint par couper l'alimentation du système. Stills de supplémentaire S6 vidéo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une</a>plus grande version de ce chiffre. <img alt="Figure 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" width="500"> . Figure 9 images thermographiques d'un pont vertical de l'eau de l'allumage à l'extinction de série représentant de l'infrarouge à ondes longues (7,5-9,0 um) des images qui caractérisent les étapes opérationnelles pour les ponts liquides verticaux présentés pour l'eau: (a) l'allumage, (b) l'expansion , (c) tension réduite, (d) la formation de ligand, (e) la rupture en gouttelettes sous l'influence de l'instabilité de Rayleigh-Plateau. Le temps écoulé est indiqué en ms. Le contraste de fond a été ajusté dans les dernières images pour améliorer la visualisation de gouttelettes. Stills de vidéo supplémentaire S7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une plus grande ver</a>sion de ce chiffre. <img alt="Figure 10" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" width="500"> Figure 10. images thermographiques de ponts horizontaux dans le DMSO et le glycérol. Diméthylsulfoxyde (DMSO) (a) et le glycérol (b) dans un pont émission composite de mi-onde (3,7 à 5,0 pm) et de l'infrarouge à ondes longues (de 8,0 à 9,4 um). Stills de vidéos supplémentaires S8 (DMSO) et S9 (glycérol). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

Ponts horizontaux et verticaux liquides électrohydrodynamiques sont des outils simples et puissants pour explorer l&#39;interaction de haute intensité des champs électriques et diélectriques liquides polaires. La construction de l&#39;appareil de base et des exemples opérationnels, y compris les images thermographiques, pour trois liquides (par exemple, l&#39;eau, le DMSO et le glycérol) est présenté.

La préparation de ElectroHydroDynamique Ponts de polaires liquides diélectriques

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

L’objectif global de cette procédure est de créer et d’étudier des ponts de liquide électrohydrodynamiques entre deux récipients remplis de liquide polaire pur. Pour ce faire, il suffit d’abord de placer deux béchers sur des plates-formes isolantes, de les rapprocher et de les remplir d’un liquide polaire pur. La deuxième étape consiste à immerger des électrodes de platine pur dans chacun des béchers.Ensuite, une tension continue d’environ 15 kilovolts est appliquée entre les électrodes, ce qui crée un pont liquide entre les béchers. La dernière étape consiste à séparer les béchers de quelques centimètres pour créer une connexion de liquide suspendue librement. En fin de compte, ces expériences montrent que ces ponts liquides ont une stabilité opérationnelle bien définie, possèdent des modèles d’écoulement complexes et émettent un rayonnement thermique basé sur l’enregistrement vidéo à grande vitesse, visible et infrarouge.Les implications de cette technique s’étendent aux sciences de l’environnement, à la technologie des procédés et à la microbiologie, car des champs électriques de la même ampleur se trouvent couramment dans la nature et peuvent être utilisés dans la fabrication de matériaux avancés. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de l’eau, de la physique, de la chimie et de la biologie, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes. Les alcools, DMO, l’acétone, le glycérol sont tout liquide ayant un fort moment dipolaire permanent et une faible conductivité.Préparez-vous à la mise en place de l’expérience en portant des gants jetables non poudrés pour éviter la contamination de l’appareil. Vérifiez ensuite que toutes les surfaces qui seront en contact avec le liquide sous l’étude sont propres. Cette vidéo se concentrera sur un système de pont horizontal composé de deux plates-formes à hauteur réglable sur une surface plane et non conductrice.Les deux plates-formes doivent être de la même hauteur et une plate-forme doit être fixée en place. L’autre plate-forme est montée sur une platine linéaire motorisée qui peut se déplacer horizontalement d’au moins 25 millimètres. Une feuille acrylique isolante est fixée au sommet de chaque plate-forme de manière à ce qu’elle la surplombe d’au moins 10 millimètres de tous les côtés.Les feuilles sont suffisamment épaisses pour éviter les pannes à la tension maximale prévue. Préparez maintenant l’appareil électrique. Commencez avec une alimentation haute tension correctement connectée avec sa sortie désactivée.Procurez-vous un fil haute tension et un fil de terre, chacun avec une pince crocodile soudée à une extrémité. Connectez un fil à chacune des bornes haute tension et de terre de l’alimentation, en gardant les pinces crocodiles libres. Ensuite, construisez des supports pour les électrodes sur chaque plate-forme.Pour chaque support, fixez une tige isolante rigide à un support annulaire de sorte que la tige s’étende horizontalement sur une plate-forme. Placez le fil haute tension sur le support de la plate-forme fixe. Fixez le fil sur le support de manière à ce que la pince crocodile soit suspendue au-dessus de la plate-forme.Fixez le fil de terre sur l’autre support de sorte que sa pince crocodile soit suspendue au-dessus de la plate-forme mobile. Ensuite, fixez une électrode de platine d’une pureté supérieure à 99 % à la pince crocodile du fil de terre. Connectez une électrode de platine identique au fil haute tension.L’étape suivante consiste à introduire le liquide ici, de l’eau déminéralisée. Cette expérience utilise deux plats cristallisants de 60 millilitres pour retenir le liquide. Remplissez chaque récipient à un à cinq millimètres du bord, soit environ 67 grammes d’eau avant de continuer.Utilisez un conductimètre pour vous assurer que la conductivité est inférieure à un microsiemens par centimètre. Lorsque vous êtes prêt, placez un récipient sur chacune des plates-formes isolantes. Disposez-les de manière à ce qu’ils se contactent physiquement à un seul endroit, dans ce cas au niveau des becs.Ensuite, ajustez la hauteur de la plate-forme de sorte que le liquide n’entre en contact qu’avec les électrodes de platine et non avec les pinces ou les fils d’alligator. Positionnez ensuite les électrodes de platine dans les récipients remplis de liquide de manière à ce qu’elles soient à au moins 15 millimètres de la position de contact où le pont se formera si vous le souhaitez. Mouillez une pointe de pipette dans le fluide et utilisez-la pour mouiller les becs comme aide à l’allumage du pont.Avant d’alimenter l’expérience, vérifiez sa sécurité électrique. Assurez-vous également que toutes les surfaces sont sèches et qu’il n’y a pas de liquide sur les plates-formes d’isolation. Avec la sortie du bloc d’alimentation toujours désactivée, configurez-la pour l’expérience.Réglez la limite de courant de manière à ne pas fournir plus de cinq à six milliampères de courant. Assurez-vous également que l’alimentation est réglée pour fournir zéro volts. Activez ensuite la sortie de l’alimentation et augmentez lentement la limite de tension à un taux d’environ 250 volts par seconde.Surveillez les navires et observez quand l’allumage du pont se produit. La tension à laquelle cela se produit est le seuil d’allumage approximatif. Confirmez l’allumage du pont en observant un flux constant de liquide s’écoulant entre les deux navires.Cette vidéo à grande vitesse d’une expérience similaire fournit un exemple d’allumage de pont et d’établissement d’un flux régulier. Maintenant, en fonction du liquide, augmentez la tension à 10 à 15 kilovolts et le courant à environ 1000 milliampères pour régler le pont pour l’extension. Lorsque cela est fait, utilisez l’étape de translation pour déplacer le navire connecté au terminal au sol.Déplacez le récipient de manière à ce que le pont soit prolongé d’un millimètre par kilovolt de tension appliquée jusqu’à 25 millimètres sur 30 à 60 secondes. D’autres réglages peuvent être effectués si nécessaire. L’extension du pont est démontrée dans ce clip vidéo d’une expérience comparable.Un pont stable peut durer de nombreuses heures pour éteindre le pont, désactiver la sortie de l’alimentation haute tension et attendre plusieurs secondes pour que les condensateurs se déchargent. Prenez un bâton mort et approchez-vous du système. Utilisez le bâtonnet mort pour court-circuiter les porte-électrodes.Une fois cela fait, il est possible de manipuler en toute sécurité toutes les pièces précédemment sous tension tracées. Voici la relation courant-tension pour les ponts horizontaux d’eau liquide. Ces ponts ont été obtenus avec des écarts de 0, 5, 10 et 15 millimètres lorsque la tension a été augmentée à partir de zéro.Une région de stabilité est délimitée par un seuil inférieur en dessous duquel aucun pont liquide ne se formera, et un seuil supérieur au-dessus duquel les ponts sont instables. Les inserts étiquetés de un à quatre montrent la rupture d’un pont de 15 millimètres au-delà du seuil supérieur. La plupart des ponts avec une extension de cinq millimètres ou plus ont une dissipation de puissance totale comprise entre 10 et 20 watts.Dans cette vidéo thermographique, un pont d’eau horizontal est allumé dans un système avec une séparation initiale de zéro millimètre. Une fois le pont établi, le flux de courant entraîne un gonflement d’un diamètre de plusieurs millimètres. Lorsque le pont est étendu, le diamètre subit des fluctuations de basse fréquence.Les ondes de surface visibles témoignent d’oscillations à haute fréquence dans le système. Lorsque le système n’est plus alimenté, le pont réduit son diamètre. Finalement, des instabilités perturbent le pont et forment une chaîne de gouttelettes qui migrent dans le champ électrique après son développement.Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la technologie de l’eau pour explorer comment les champs électromagnétiques affectent la qualité de l’eau. Le pont est un laboratoire à part entière et ouvre de nouvelles possibilités qui n’étaient pas disponibles auparavant. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de créer un pont liquide flottant horizontal et donc un nouvel état liquide à expérimenter Comme décrit dans le manuscrit, ces ponts peuvent également être créés verticalement.

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