Generazione e controllo di idrodinamiche flussi in soluzioni acquose dell'elettrolito

Summary

La rettifica delle vie di trasporto di ioni è un metodo efficace per generare flussi unidirezionale dello ione-trascinato idrodinamiche. Impostando una membrana di scambio ionico in un canale di flusso, una condizione polarizzata elettricamente viene generata e provoca un flusso liquido essere guidato quando un campo elettrico viene applicato esternamente.

Abstract

A guidare idrodinamiche (EHD) scorre in soluzioni acquose, la separazione delle vie di trasporto di cationi e anioni è essenziale perché una forza di corpo elettrico diretto deve essere indotto da movimenti ionici in liquido. D'altra parte, cariche positive e negative si attraggono, ed elettroneutralità è mantenuto ovunque in condizioni di equilibrio. Inoltre, un aumento in una tensione applicata deve essere soppressa per evitare l'elettrolisi dell'acqua, che provoca le soluzioni per diventare instabile. Di solito, EHD flussi possono essere indotta in soluzioni non-acquose applicando tensioni estremamente elevate, come decine di kV, per iniettare cariche elettriche. In questo studio, vengono presentati due metodi per generare flussi EHD indotti da separazioni di carica elettrica in soluzioni acquose, dove due fasi liquide sono separati da una membrana di scambio ionico. A causa di una differenza nella mobilità ionica nella membrana, polarizzazione di concentrazione di ioni è indotto tra entrambi i lati della membrana. In questo studio, dimostriamo due metodi. (i) il rilassamento di gradienti di concentrazione di ioni si verifica tramite un canale di flusso che penetra una membrana di scambio ionico, dove il trasporto della specie più lento nella membrana selettivamente diventa dominante nel canale di flusso. Questa è una forza trainante per generare un flusso EHD nel liquido. (ii) un lungo tempo di attesa per la diffusione di ioni passando attraverso la membrana di scambio ionico consente la generazione di un flusso di ioni-trascinato da esternamente applicando un campo elettrico. Gli ioni concentrati in un canale di flusso di una sezione trasversale di 1 x 1 mm² determinano la direzione del flusso del liquido, corrispondente per le vie di trasporto elettroforetica. In entrambi i metodi, la differenza di tensione elettrica necessaria per una generazione di flusso EHD viene drasticamente ridotta per vicino a 2 V di rettificare le vie di trasporto dello ione.

Introduction

Recentemente, tecniche di controllo di flusso del liquido hanno attirato molta attenzione a causa di interesse per le applicazioni di micro - e nanofluidiche dispositivi^{1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 ,}

Protocol

1. EHD flusso indotto da trasporto ionico rettificato

1. Sviluppo di un dispositivo di canale di flusso per rettificare i percorsi di trasporto dello ione
   1. Fare uno stampo PTFE del serbatoio:
      1. Tagliare un 13 x 30 x 10 stampo di³ mm da un blocco di politetrafluoroetilene (PTFE) utilizzando una fresatrice (Vedi Figura 2). In alternativa, acquistare un prodotto su misura.
      2. Lastre acriliche di 15 x 18 x 1 mm³ ad entrambe le estremità dello stampo PTFE con un adesivo di plastica, che renderà fessure nel serbatoio per saldare gli elettrodi bias di aderire. Queste parti pos....

Results

Figura 4 (video figura) presenta un risultato rappresentativo di una generazione di flusso EHD, conseguenti la rettifica delle vie di trasporto di ioni e cationi altamente concentrate che ha indotto un flusso di liquido nel canale, secondo la fase 1 del protocollo. La figura 5 Mostra un risultato dell'analisi PIV, dove 20 dati punti vicino al centro del canale (y = z = 0 mm) erano in media. Nel caso la 1 x 10

Discussion

Lo scopo di questo studio era di separare cationi e anioni in soluzioni acquose in termini di distribuzioni spaziali e numeri di trasporto. Utilizzando una membrana di scambio anionico, il trasporto di anioni e cationi potrebbe essere corretti nella membrana e in un canale di flusso che penetra la membrana, rispettivamente. In alternativa, una membrana a scambio cationico che separati ad alta e bassa soluzioni di concentrazione ha lavorato per generare soluzioni polarizzate elettricamente dopo un tempo di attesa consider.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sylgard 184	Dow Corning Corp.	3097366-0516, 3097358-1004	PDMS
Acetone	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	012-00343
Etanolo	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	054-00461
0,1 mol/L Soluzione di idrossido di sodio	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	196-02195
Cloruro di Pottasio	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	163-03545
Tampone Tris-EDTA 100x concentrato	Sigma-Aldrich Co. LLC.	T9285-10014L
2.93 μ m particella di polistirene	Merck KGaA	L300 Rouge	Tracer particella
1.01 μ m particella di polistirene	Merck KGaA	K100(23716)	Particella tracciante
Membrana a scambio anionico	ASTOM Corp.	Neosepta AHA
Gold (Au)	Furuuchi Chemical Corp.	AUT-13301X	Sputtering bersaglio metallico
Titanio	Furuuchi Chemical Corp.	TIT-72301X	Metallo bersaglio sputtering
Cromo	Furuuchi Chemical Corp.	CRT-24301X	in metallo con bersaglio sputtering
Keyence	Corp.	VW-600M
Microscopio	Keyence Corp.	VW-9000
Registratore di dati	Keyence Corp.	NR-500, NR-HA08
Misuratore di spostamento laser	Keyence Corp.	LK-G5000, LK-H008W
Software PIV e PTV	DITECT Co. Ltd.	Flownizer 2D
Potenziostato	AMTEK Inc.	VersaSTAT4
Microscopio invertito	Olympus Corp.	IX73
Telecamera CMOS ad alta velocità	Andor Technology Ltd.	Zyla 5.5 sCMOS
Generatore di funzioni	NF Corp.
Generatore di funzioni	NF Corp.	WF1973
Pulitore ad ultrasuoni	AS ONE Corp.
Pompa rotativa	ULVAC, Inc.	G-100S	Degas liquido PDMS
Pompa rotativa	ULVAC, Inc.	GLD-201A	Sputtering
Pompa a diffusione molecolare	ULVAC, Inc.	VPC-400	Sputtering