방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작

이 절차의 전반적인 목표는 전기화학적 전위의 영향으로 액체 금속의 조작을 입증하는 것입니다. 이 방법은 방대한 범위에 걸쳐 액체 금속의 계면 장력을 조정하는 동시에 계면 장력에 대한 산화물의 역할을 설명합니다. 이 기술의 주요 매력은 간단하고 되돌릴 수 있으며 매우 겸손한 전위만 필요하다는 것입니다.

이 것은 재구성 가능하고 거의 전적으로 구성된 전자 장치를 만드는 데 사용되어 산화를 수행하기 위해 수성 전해질을 페트리 접시에 붓습니다. 접시를 약 1-3mm 깊이로 채울 볼륨을 사용하십시오. 주사기를 사용하여 전해질에 갈륨 기반 합금 한 방울을 떨어뜨립니다.

여기서, 공융 갈륨 인듐이 사용된다. 방울보다 직경이 작은 구리선을 액체 금속에 놓고 작동 전극을 설정합니다. 산 또는 염기에서 액체 금속은 구리를 적셔 우수한 전기 접촉을 형성합니다.

용액에 전도성 상대 전극을 놓되 액체 금속과 접촉하지 마십시오. 상대 전극의 저항이 1옴 미만인 경우 치수는 관련이 없습니다. 다음으로, 전선을 전압 소스에 연결하고 액체 금속에 양의 전위를 가합니다.

작은 형상 변형의 경우 1볼트 미만의 양전압을 적용하십시오. 더 큰 형상 변형의 경우 1볼트보다 크게 적용하십시오. 환원을 수행하려면 주사기에서 액체 금속 한 방울을 빈 페트리 접시에 분배합니다.

그런 다음 중성 수성 전해질을 페트리 접시에 금속이 잠길 수 있는 수준까지 가난하게 만듭니다. 액체 금속에 구리선을 넣어 작동 전극 역할을 하고, 전도선을 전해질에 넣어 상대 전극 역할을 합니다. 전선을 전압 소스에 연결하고 액체 금속에 음의 전위를 가합니다.

표면 산화물을 제거하고 금속이 기판에서 젖지 않도록 하기 위해 대략 마이너스 1볼트를 적용합니다. 금속은 카운터 전극에 가장 가까운 쪽에서 먼저 젖음을 제거해야 합니다. 산화물 층을 완전히 제거하려면 더 많은 음의 전위를 적용하십시오.

전해질의 환원으로 인해 액체 금속에 수소 기포가 나타나는 것을 방지하기 위해 과도하게 큰 음의 전압을 적용하지 마십시오. 레이저 절단기 또는 밀링 도구를 사용하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 조각의 중심에서 가장자리까지 직접 경로를 절단합니다. PMMA의 두께를 통해 경로를 끝까지 자르지 마십시오.

이 조각은 액체 금속의 기판 역할을 합니다. 동일한 도구를 사용하여 PMMA 중앙을 통해 1제곱밀리미터 구멍을 자릅니다. 경로를 가이드로 사용하여 팁만 노출된 절연 구리선을 PMMA 중앙까지 실행합니다.

PMMA 표면 위로 돌출되도록 와이어를 배치합니다. 누출 방지 접착제로 와이어를 제자리에 밀봉합니다. PMMA 표면 바로 위의 와이어를 자르되 너무 많이 뻗지 않도록 하거나 방울의 모양을 방해하지 마십시오.

선명한 이미지를 얻을 수 있는 투명 용기에 PMMA 조각을 테이프로 붙입니다. 방울의 표면 프로필이 명확하게 보이도록 용기를 접촉각 측각계에 놓습니다. 용기에 수산화나트륨 1몰을 채웁니다.

그런 다음 튀어나온 구리선에 25-50마이크로리터의 액체 금속 방울을 떨어뜨립니다. 이 와이어는 작동 전극 역할을 하며 물방울을 적십니다. 모든 전극을 전위차 조절기에 연결합니다.

다음으로, 백금 메쉬 상대 전극과 포화 은염화은 기준 전극을 용액에 놓습니다. potentiostat를 사용하여 기준 전극에 대한 전압을 제어하고 goniometer를 사용하여 형상을 측정하고 그에 따라 드롭의 계면 장력을 측정합니다. 측각계가 고착 방울 계면 장력을 측정할 수 있는지 확인하십시오.

유리 모세관에 1몰 수산화나트륨 용액을 채웁니다. 모세관 직경은 약 1mm여야 합니다. 모세관의 한쪽 끝을 액체 금속 한 방울과 같은 높이로 놓습니다.

테이블 표면과 평행이 되도록 모세관을 정렬합니다. 액체 금속 방울과 전해질로 채워진 모세관 사이의 에어 갭을 피하십시오. 물티슈를 사용하여 조립 중에 누출되었을 수 있는 과도한 전해질을 가볍게 두드려 제거합니다.

액체 금속에 구리선을 놓고 모세관의 열린 끝에 전도성 상대 전극을 배치하여 용액과 접촉하도록 합니다. 전선을 전압 소스에 연결하고 액체 금속에 양의 전위를 가합니다. 액체 금속이 모세관을 채우기 시작해야 합니다.

소프트 리소그래피 및 복제 성형 기술을 활용하여 폴리디메틸실록산 또는 PDMS로 구성된 미세유체 채널을 제작합니다. 너비가 약 100-1,000미크론, 높이가 100미크론, 길이가 25-65mm인 채널을 제작합니다. 수동으로 또는 주사기 펌프를 사용하여 액체 금속을 주입하여 채널을 완전히 채웁니다.

1몰 수산화나트륨 또는 1몰 염화수소에 담근 면봉을 사용하여 채널 입구에서 과도한 양의 액체 금속을 제거하여 금속이 PDMS의 상단 표면과 같은 높이로 유지되도록 합니다. 채널의 한쪽 끝을 전해질에 담그고 금속이 아닌 전해질에 닿도록 양극을 배치합니다. 채널의 다른 쪽 끝에서 별도의 전극을 금속 표면에 접촉시켜 액체 금속 자체가 음극으로 작용하도록 합니다.

이 전선을 전압 소스에 연결하고 전기 회로를 완성하십시오. 3전극 시스템의 경우, 기준 전극이 전해질 방울에 거의 잠기지 않도록 배치합니다. 감속전압을 적용하기 전에 삼각대나 현미경에 비디오 카메라를 장착하여 실험을 기록하십시오.

자동 초점 모드를 사용하여 모든 것에 초점을 맞춥니다. 수동 초점을 활용하여 피사계 심도, 화이트 밸런스 및 ISO를 더 잘 제어할 수 있습니다. 필요에 따라 더 높은 f 스톱, 1/100초의 셔터 속도, 자동 화이트 밸런스 및 자동 ISO를 사용합니다.

실험 기록을 시작합니다. 마이크로 채널에서 액체 금속을 빼내기 위해 대략 마이너스 1볼트를 가합니다. 전압을 끄면 금속이 중성 전해질에서 움직임을 멈춥니다.

여기에 표시된 것은 전기화학적 전위의 영향으로 퍼지는 액체 금속의 각도계 비디오입니다. 높이가 감소하면 산화 가능성이 더 높다는 것을 의미합니다. 계면 장력은 액적의 곡률에서 결정할 수 있습니다.

산화물 층이 없는 점선의 왼쪽 영역은 전형적인 전기 모세관 거동을 보여줍니다. 그러나 산화물 층이 존재할 때 계면 장력은 급격한 감소를 보이며 더 큰 전압이 적용됨에 따라 더욱 감소합니다. 금속에 환원 전위를 적용하면 산화물이 제거되고 마이크로 채널에서 물러나게 됩니다.

이 그래프는 일정한 전압에서 모세관 인출의 속도 프로파일을 보여줍니다. 액체 금속이 전해질로 대체됨에 따라 마이크로 채널의 전기 저항이 증가하여 시간이 지남에 따라 속도가 떨어집니다. 이 기술을 완전히 익히면 몇 분 만에 완료할 수 있으며 과학자와 엔지니어가 이 독특한 현상을 더 자세히 연구할 수 있습니다.