Un metodo per manipolare Tensione superficiale di un metallo liquido tramite ossidazione superficiale e riduzione

Sommario

Presentiamo un metodo per controllare l'energia interfacciale di un metallo liquido in un elettrolita tramite la deposizione elettrochimica (o rimozione) di uno strato di ossido superficiale. Questo semplice metodo può controllare il comportamento capillare dei metalli liquidi a base di gallio regolando l'energia interfacciale in modo rapido, significativo e reversibile utilizzando tensioni modeste.

Abstract

Controllo tensione interfacciale è un metodo efficace per manipolare la forma, la posizione e il flusso di fluidi su scale sub-millimetriche, dove tensione interfacciale è una forza dominante. Una varietà di metodi esistenti per il controllo della tensione interfacciale di liquidi acquosi e biologici su questa scala; Tuttavia, queste tecniche hanno un'utilità limitata per metalli liquidi a causa della loro grande tensione interfacciale.

Metalli liquidi possono formare componenti morbide, estensibili, e di forma-riconfigurabile in dispositivi elettronici ed elettromagnetici. Sebbene sia possibile manipolare questi fluidi attraverso metodi meccanici (ad esempio, di pompaggio), metodi elettrici sono più facili da miniaturizzare, controllo e attuazione. Tuttavia, la maggior parte delle tecniche elettrici hanno i loro limiti: elettrowetting-on-dielettrico richiede grandi (kV) potenzialità di modesta attuazione, electrocapillarity può incidere relativamente piccoli cambiamenti nella tensione superficiale, e ele continuactrowetting è limitata alle spine del metallo liquido in capillari.

Qui, presentiamo un metodo per l'azionamento di gallio e leghe metalliche liquido a base di gallio-via una reazione superficiale elettrochimica. Controllo del potenziale elettrochimico sulla superficie del metallo liquido in elettrolita rapidamente e reversibilmente cambia la tensione interfacciale di oltre due ordini di grandezza (̴500 mN / m quasi a zero). Inoltre, questo metodo richiede solo un potenziale molto modesta (<1 V) applicato relativamente ad un controelettrodo. La variazione conseguente tensionamento è dovuto principalmente alla deposizione elettrochimica di uno strato di ossido superficiale, che agisce come un tensioattivo; rimozione dell'ossido aumenta la tensione interfacciale, e viceversa. Questa tecnica può essere applicata in una vasta gamma di elettroliti ed è indipendente dal substrato su cui poggia.

Introduzione

Questo metodo fornisce un modo semplice per controllare la tensione superficiale dei metalli liquidi contenenti gallio. Il metodo utilizza tensioni modeste (~1 V) applicate direttamente al metallo liquido (rispetto a un controelettrodo in presenza di elettrolita) per ottenere variazioni enormi e reversibili della tensione superficiale del metallo¹.

La tensione superficiale è una forza dominante per i liquidi su scale di lunghezza ridotta ed è importante per una serie di fenomeni capillari tra cui bagnatura, diffusione e flusso guidato dalla tensione superficiale. Di conseguenza, la capacità di controllare la tensione superficial....

Protocollo

1. La manipolazione della tensione superficiale del metallo liquido in elettrolita

1. Ossidazione
   1. Versare un elettrolita acquoso (acida o basica) in una capsula di Petri. Per assicurare che l'ossido viene completamente rimosso, usare un acido o base con una concentrazione maggiore di 0.1 ^M 24 (ad esempio 1 M NaOH o HCl 1 M). Utilizzare un volume che riempirà il piatto ad una profondità di circa 1-3 mm. Evitare il contatto con la pelle con queste soluzioni.
   2. Utilizzare una siringa per una goccia (ottimale tra 10-500 microlitri) di una lega a base di gallio-nell'elettrolita. Gli esempi includono eutettica di gallio ....

Risultati

Figura 1 A mostra un esempio della semplice tecnica a due elettrodi per l'ossidazione e riduzione. In questo caso, una goccia 70 ml di metallo liquido in una camera 1 M NaOH soluzione entra in contatto un filo di rame per formare una connessione elettrica. Il 1 M NaOH rimuove l'ossido superficiale del metallo e permette il metallo da bordare fino a causa della sua tensione interfacciale. L'applicazione di un potenziale 2.......

Discussione

Questo metodo controlla la tensione superficiale di metalli liquidi a base di gallio-utilizzando piccole tensioni per guidare la deposizione e la rimozione di un ossido superficiale. Anche se il metodo funziona solo in soluzioni elettrolitiche, è semplice, e lavora in un'ampia varietà di condizioni diverse, ma ci sono sottigliezze degne di nota. In assenza di potenziale elettrico, sia soluzioni acide e basiche etch via l'ossido ^27. L'applicazione di un potenziale ossidativo guida la formazio.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Gallio eutettico Indio Indio	Corporation
Idrossido di sodio	Fisher Scientific	2318-3
Acido cloridrico	Fisher Scientific	A481-212
Fluoruro di sodio	Sigma-Aldrich	201154
Adesivo ottico	Norland	NOA81
Polidimetilsilossano ( Sylgard-184)	Kit elastomero siliconico	Dow Corning
Capillari in vetro borosilicato	Friedrich e Dimmoch	B41972
Ag/AgCl Elettrodo	di riferimento Microelettrodi Inc.	MI-401F
Sorgente di tensione	Keithley	3390
Potenziostato	Gamry	Ref 600
Laser Cutter Sistemi	laser universali	VLS 3.50