שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים את המניפולציה של מתכת נוזלית בהשפעת פוטנציאלים אלקטרוכימיים. שיטה זו מכווננת את מתח הפנים של מתכת נוזלית על פני טווח עצום תוך הבהרת תפקיד התחמוצות על מתח הפנים. המשיכה העיקרית של טכניקה זו היא שהיא פשוטה, היא הפיכה, והיא דורשת רק פוטנציאל צנוע מאוד.

דבר זה שימש לייצור מכשירים אלקטרוניים הניתנים להגדרה מחדש ומורכבים כמעט לחלוטין מ כדי לבצע חמצון, שפכו אלקטרוליט מימי לתוך צלחת פטרי. השתמש בנפח שימלא את המנה לעומק של כמילימטר עד שלושה מילימטרים. השתמש במזרק כדי להניח טיפה של סגסוגת על בסיס גליום באלקטרוליט.

כאן משתמשים בגליום אינדיום אוטקטית. הניחו חוט נחושת בקוטר פחות מזה של הטיפה לתוך המתכת הנוזלית כדי לבסס את האלקטרודה העובדת. בחומצה או בבסיס, המתכת הנוזלית תרטיב את הנחושת ובכך תיצור מגע חשמלי מצוין.

הניחו אלקטרודה נגדית מוליכה בתמיסה, אך לא במגע עם המתכת הנוזלית. אם לאלקטרודה הנגדית יש התנגדות של פחות מאוהם אחד, מידותיה אינן רלוונטיות. לאחר מכן, חבר את החוטים למקור מתח והפעל פוטנציאל חיובי על המתכת הנוזלית.

לעיוות צורה קטנה, הפעל מתחים חיוביים פחות מוולט אחד. לעיוות צורה גדול יותר, יש למרוח יותר מוולט אחד. כדי לבצע הפחתה, הוציאו טיפה של המתכת הנוזלית ממזרק לתוך צלחת פטרי ריקה.

לאחר מכן, מסכן אלקטרוליט מימי ניטרלי לתוך צלחת הפטרי לרמה שטובלת את המתכת. הנח חוט נחושת לתוך המתכת הנוזלית כדי לשמש כאלקטרודה עובדת, והנח חוט מוליך לתוך האלקטרוליט כדי לשמש כאלקטרודה הנגדית. חבר את החוטים למקור מתח והפעל פוטנציאל שלילי על המתכת הנוזלית.

החל בערך מינוס וולט אחד כדי להסיר את תחמוצת פני השטח ולגרום למתכת להירטב מהמצע. המתכת צריכה להירטב תחילה בצד הקרוב ביותר לאלקטרודה הנגדית. החל פוטנציאלים שליליים נוספים כדי להסיר את שכבת התחמוצת לחלוטין.

הימנע מהפעלת מתחים שליליים גדולים מדי כדי למנוע הופעת בועות מימן על המתכת הנוזלית עקב הפחתת האלקטרוליט. בעזרת חותך לייזר, או כלי כרסום, חותכים נתיב ישיר מהמרכז לקצה של חתיכת פולימתיל-מתאקרילט, או PMMA. אל תחתוך את השביל עד הסוף בעובי ה- PMMA.

חתיכה זו תשמש כמצע למתכת הנוזלית. בעזרת אותו כלי, חותכים חור מילימטר מרובע אחד דרך מרכז ה-PMMA. השתמש בנתיב כמדריך, הפעל חוט נחושת מבודד כשרק הקצה חשוף, למרכז ה-PMMA.

מקם את החוט כך שהוא יבלוט על פני ה- PMMA. אטום את החוט במקומו עם דבק חסין דליפות. חותכים את החוט ממש מעל פני ה- PMMA, אך אל תתנו לו להתרחב יותר מדי או שהוא יפריע לצורת הטיפה.

הדבק את חתיכת ה- PMMA לתוך מיכל שקוף שדרכו ניתן לקבל תמונה ברורה. הנח את המיכל בגוניומטר זווית מגע כך שפרופיל פני השטח של הטיפה נראה בבירור. מלאו את המיכל בנתרן הידרוקסיד מולארי אחד.

לאחר מכן, הניחו טיפה של 25 עד 50 מיקרוליטר של מתכת נוזלית על חוט הנחושת הבולט. חוט זה ישמש כאלקטרודה העובדת וירטיב את הטיפה. חבר את כל האלקטרודות לפוטנציוסטט.

לאחר מכן, הניחו בתמיסה אלקטרודת נגד רשת פלטינה, ואלקטרודת ייחוס כסף כסף כלוריד רוויה. השתמש בפוטנציוסטט כדי לשלוט במתח ביחס לאלקטרודת הייחוס, והשתמש בגוניומטר כדי למדוד את הצורה ובכך את מתח הפנים של הטיפה. ודא שהגוניומטר מסוגל למדוד מתח פנים של טיפה יציבה.

מלאו נימי זכוכית בתמיסה של נתרן הידרוקסיד מולארי אחד. קוטר הנימים צריך להיות כמילימטר אחד. הנח קצה אחד של הסומק הנימי כנגד טיפת מתכת נוזלית.

יישר את הנימים כך שיהיה מקביל למשטח השולחן. הימנע מפערי אוויר בין טיפת המתכת הנוזלית לנימים המלאים באלקטרוליטים. בעזרת מגבון, טפחו את כל עודפי האלקטרוליט שאולי דלפו במהלך ההרכבה.

הנח חוט נחושת במתכת הנוזלית ואלקטרודה נגדית מוליכה בקצה הפתוח של הנימים כך שתיצור קשר עם התמיסה. חבר את החוטים למקור מתח והפעל פוטנציאל חיובי על המתכת הנוזלית. המתכת הנוזלית צריכה להתחיל למלא את הנימים.

השתמש בטכניקות דפוס ליטוגרפיות רכות והעתק כדי לייצר תעלות מיקרופלואידיות המורכבות מפולידימתילסילוקסן, או PDMS. ייצור תעלות ברוחב של כ-100 עד 1,000 מיקרון, גובה 100 מיקרון ואורך של 25 עד 65 מילימטרים. הזרקו מתכת נוזלית באופן ידני, או באמצעות משאבת מזרק, כדי למלא את התעלה לחלוטין.

בעזרת צמר גפן שטבול בנתרן הידרוקסיד מולרי אחד או במימן כלורי מולארי אחד, הסר כמויות עודפות של מתכת נוזלית מכניסת התעלה כך שהמתכת תישאר צמודה למשטח העליון של ה-PDMS. טבלו קצה אחד של התעלה באלקטרוליט, והניחו את האנודה כך שהיא תיגע באלקטרוליט אך לא במתכת. בקצה השני של התעלה, פנה לאלקטרודה נפרדת למשטח המתכת כך שמתכת נוזלית עצמה תשמש כקתודה.

חבר את החוטים הללו למקור מתח והשלם את המעגל החשמלי. עבור מערכת של שלוש אלקטרודות, מקם את אלקטרודת הייחוס כך שהיא בקושי תשקע בטיפת האלקטרוליט. לפני הפעלת מתח מפחית, הרכיב מצלמת וידאו על חצובה או במיקרוסקופ כדי להקליט את הניסויים.

השתמש במצב מיקוד אוטומטי כדי למקד את הכל. השתמש במיקוד הידני כדי לקבל שליטה טובה יותר על עומק השדה, איזון הלבן וה-ISO. במידת הצורך, השתמש ב-f stop גבוה יותר, במהירות תריס של מאית השנייה, באיזון לבן אוטומטי וב-ISO אוטומטי.

התחל להקליט את הניסוי. החל בערך מינוס וולט אחד כדי למשוך את המתכת הנוזלית מתעלות המיקרו. כבה את כרךtage כדי לגרום למתכת להפסיק לנוע באלקטרוליט ניטרלי.

מוצג כאן סרטון גוניומטר של המתכת הנוזלית המתפשטת בהשפעת הפוטנציאל האלקטרוכימי. ירידה בגובה מסמלת פוטנציאל חמצוני יותר. ניתן לקבוע את מתח הפנים מעקמומיות הטיפה.

האזור משמאל לקו המקווקו שבו שכבת התחמוצת נעדרת מראה התנהגות אלקטרו-נימית אופיינית. עם זאת, כאשר שכבת התחמוצת קיימת, מתח הפנים מראה ירידה תלולה, הפוחתת עוד יותר ככל שמפעילים מתחים גדולים יותר. הפעלת פוטנציאל הפחתה על המתכת מסירה את התחמוצת וגורמת לה לסגת ממיקרו-ערוצים.

גרף זה מציג את פרופיל המהירות של הנסיגה הנימים במתח קבוע. כאשר המתכת הנוזלית מוחלפת באלקטרוליט, ההתנגדות החשמלית במיקרו-ערוץ עולה וגורמת לירידה במהירות לאורך זמן. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך דקות ספורות ואמורה לאפשר למדענים ומהנדסים להמשיך ולחקור את התופעה הייחודית הזו.