Name: 방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-26T19:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 20 s
Description: 학습하세요 액체 금속의 표면 장력을 전기화학적 산화와 환원으로 조작하는 방법을. 갈륨 기반 합금을 사용하여 간단하고 가역적으로 계면 장력을 조절하고 재구성 가능한 전자 소자 개발에 활용합니다.

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저자는 삼성, 노스캐롤라이나 주 총리 혁신 기금, NSF(Career CMMI-0954321 및 Triangle MRSEC DMR-1121107) 및 공군 연구소의 지원을 인정합니다.

전해질 액체 금속의 계면 장력의 조작 1. <ol><li> 산화 <ol><li> 페트리 접시에 (산성 또는 염기성) 수성 전해질을 따르십시오. 산화물이 완전히 제거되었는지 확인하기 위해,보다 큰 농도 0.1 M (24) (예를 들어 1 M의 NaOH 또는 1 M 염산)과 산 또는 염기를 사용한다. 약 1-3mm의 깊이에 접시를 채울 것입니다 볼륨을 사용합니다. 이러한 솔루션으로 피부에 접촉하지 마십시오. </li><li> 전해질 중의 갈륨 계 합금의 (최적 10-500 μL 사이) 방울을 배치하는 주사기를 사용한다. 예로는 공융 갈륨 인듐 (EGaIn) 또는 갈륨 인듐 주석 (Galinstan)를 포함한다. 순수한 갈륨을 사용하는 경우, 동결 방지 적어도 30 ° C로 가온 전해질. </li><li> 작동 전극을 확립 액체 금속으로 구리 와이어를 배치했다. 강하보다 작은 직경을 갖는 구리 와이어를 사용하여, 전자를 제조업체의 지시에 따라, 디지털 멀티 미터를 사용하여와이어가 &lt;1 Ω의 저항이 nsure. 산 또는 염기에서, 액체 금속은 구리를 습윤시켜 우수한 전기적 접촉을 형성 할 것이다. </li><li> 용액 중에서 실시하는 대향 전극 (예를 들어 구리, 흑연, 백금 등)을 배치 할 수 있지만 액체 금속과 접촉한다. 대향 전극은 &lt;1 Ω의 저항을 갖는 경우, 그 치수는 부적합하다. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 긍정적 인 가능성을 적용합니다. 작은 모양 변형의 경우, 긍정적 인 전압 적용 1 (V) &lt;큰 모양 변형 (카운터 전극을 향해 액체 금속의 이동)에 대한 1 V.를 적용&gt;을 주 : 용액의 농도와 대향 전극으로부터 강하 거리가 전기 화학적 표면 산화의 속도는 전해질에 의해 산화 분해 속도와 경쟁 때문에 계면 장력의 변화를 유도하는 데 필요한 전압을 지시. </li></ol></lI&gt; <li> 절감 <ol><li> 비어있는 페트리 접시에 주사기로부터 액체 금속 방울 (10-500 μL)을 분배. </li><li> 금속 잠기 레벨 페트리 접시에 중성 수성 전해질을 붓고 (예를 들어 1 M 불화 나트륨 (NaF로부터) 또는 1 M 염화나트륨). 참고 : 산성 (PH &lt;3) 또는 염기성 용액 (PH&gt; 10)의 사용은 산화물이 자발적으로 용해의 원인이됩니다. </li><li> 작업 전극 및 카운터 전극으로서 작용하는 전해질에 도선 (예를 들어, 구리)로 작동하도록 액체 금속으로 구리 와이어를 배치했다. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 부정적인 잠재력을 적용합니다. 표면 산화물을 제거하고, 금속 기판으로부터 디 웨팅 (dewet)하게하는데 약 -1 V를 적용. 금속 반 전극 측에 가장 가까운에 디 웨팅 (dewet)해야한다. </li><li> 완전히 산화물 층을 제거하기 위해 더 음 전위 (&lt;-1 V)를 적용한다. exces을 가하지 마십시오sively 큰 음 전압 때문에 전해액의 감소에 액체 금속에 게재 수소 기포를 방지 할 수있다. </li></ol></li></ol> 을 Sessile 물방울를 통해 2. 표면 장력 측정 <ol><li> 레이저 커터 또는 밀링 공구를 사용하여, 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) (~ 1mm 두께)의 부재의 중앙으로부터 에지까지 직접 경로를 차단하는 모든 방법 PMMA의 두께를 통해 경로를 차단하지 않는다.; 단지 중간을 통해 약 잘라. 이 작품은 액체 금속 기판이 될 것입니다. 다른 평면과 전기 절연성 유리, 세라믹 등의 재료, 또는 중합체는 또한 기판으로서 역할을 할 수있다. </li><li> 같은 도구를, PMMA의 중심을 1mm 2 구멍을 잘라. </li><li> 참조 경로를 이용하여, PMMA의 중심부에 노출 만 팁 절연 구리선을 실행. 그것은 PMMA 표면 위에 돌출되도록 와이어를 배치. 누액 방지 접착제 대신에 와이어를 밀봉합니다. 절단다만 PMMA의 표면 위에 와이어하지만 너무 (이후 ~ 100 ㎛)를 확장 할 수 없거나 그 방울의 형상을 방해 할 것이다. </li><li> 테이프 선명한 화상을 얻을 수있는 투명 용기에 PMMA 편 다운. 1 M NaOH로 컨테이너를 작성하고, 돌출 된 구리 와이어에 액체 금속의 25-50 μL 드롭 놓습니다. 이 와이어는 작동 전극의 역할을하고 물방울 젖은됩니다. </li><li> 백금 메쉬 카운터 전극과 용액에 포화은 / 염화은은 (Ag / AgCl을) 기준 전극을 배치합니다. 텐쇼에 전극을 모두 연결합니다. </li><li> 방울의 표면 형상이 명확하게 보이도록 접촉각 각도계에 컨테이너를 배치했다. 기준 전극에 대하여 전압을 제어하는​​ 포 텐쇼 스타트를 사용하여 형상 및 드롭함으로써 계면 장력을 측정하는 측각기를 사용한다. 고니 오 미터가 측정 고착 드롭 계면 tensi 할 수 있는지 확인에; 이것은 수평으로 장착 카메라 (25)에서 촬영 화상의 드롭 맞춤 축 대칭 형상 분석을 사용하는 것도 가능하다. </li></ol> 3. 모세관 주입 <ol><li> 1 M의 NaOH 용액으로 유리 모세관을 입력합니다. 모세관의 직경은 ~ 1mm이어야한다. </li><li> 액체 금속의 하락에 대한 모세관 높이의 한쪽 끝을 놓습니다. 이 테이블 (중력 즉, 수직)의 표면과 평행이되도록 모세관을 정렬. 액체 금속 드롭 및 전해질 채워진 모세관 사이의 에어 갭을 피하십시오. 이 닦아 조립시 누출 수있는 여분의 전해질을 가볍게 두 드리 사용. </li><li> 모세관의 개방 단부에 액체 금속에서 구리 와이어 (작용 극), 및 도전성 대향 전극 (예를 들면 구리선)을 놓고 접촉되도록 용액. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 긍정적 인 가능성을 적용합니다. 액체 금속은 C를 충전 시작해야apillary (카운터 전극에 과도한 거품 형성의 원인이됩니다 큰 잠재력을 피하기). </li></ol> 4. 모세관 탈퇴 <ol><li> 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)로 이루어지는 미세 유체 채널을 제작하는 소프트 리소그래피 (26) 및 복제 성형 기술을 이용한다. 100 μm의 높이 약 100 1,000 μm의 넓은 채널을 제작, 긴 25-65mm. 채널 100 μm의 키가 큰 폭 1,000 μm의, 치수, 65 mm 길이 채널은 일관된 결과를 생산하지만, 다른 사람도 작동 수 있습니다. 대안으로, 유리 모세관 (예를 들어, 1mm 직경, 붕규산 유리) 대신 PDMS 마이크로 채널을 사용한다. </li><li> 액체 금속을 주입하거나, 수동으로 채널을 완전히 채우기 위하여 주사기 펌프를 사용하여 (즉, 1,000 ㎛의, 폭 100 ㎛ 높이, 65 mm 길이 채널 6.5 mm 3). </li><li> 1 M 수산화 나트륨 또는 1 M 염산에 침지 한 면봉을 사용하여, 리튬의 과잉을 제거그래서 채널의 입구 (그리고, 필요한 경우, 출구)에서 파운드 금속, 금속 PDMS의 상면과 같은 높이로 남아. </li><li> 이 전해질 아니라 금속 접촉 (예를 들면, 구리, 백금, 텅스텐 또는 와이어)되도록 애노드 전해질 (예를 들면, 1 M의 NaCl)에있는 채널의 일단 잠수함 및 배치. </li><li> 액체 금속 자체가 캐소드로서 작용하도록 상기 채널의 타단에, 금속 표면에 별도의 전극 (예를 들면, 구리 배선)에 문의. </li><li> 전압 소스 또는 텐쇼 이러한 전선 (즉, 양극과 음극)을 연결하고 전기 회로를 완료합니다. 세 개의 전극 시스템의 경우, 거의 전해질의 드롭에 잠기면되도록 기준 전극을 배치했다. </li><li> 환원 전압을인가하기 전에, 실험을 기록 삼각대 또는 현미경에 비디오 카메라를 탑재. 초점에서 모든 것을 얻을 자동 초점 모드를 사용합니다. 더 나은 제어를 통해이 매뉴얼 포커스를 활용필드, 화이트 밸런스, ISO의 깊이. 필요에 높은 F 정지 (즉, 11 이상), 1/100 번째 셔터, 자동 화이트 밸런스 자동 ISO를 사용합니다. </li><li> 실험을 기록 시작합니다. 마이크로 채널에서 액체 금속을 회수하는 데 약 -1 V를 적용합니다. 중성 전해질 이동 중지 금속을 유발하는 전압의 전원을 끄십시오. </li></ol>

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<html> 이 방법은 표면 산화물의 증착 및 제거를 작은 구동 전압을 사용하여 갈륨 계 액체 금속의 표면 장력을 제어한다. 방법 만 전해질 용액에서 작동되지만,이 간단하고, 다른 다양한 조건에서 작동하지만, 주목할 미묘있다. 전위의 부재, 모두 산성 및 염기성 용액은 산화물 (27)을 에칭하여. 산화 전위의 적용은 산성 및 염기성 용액 모두를 포함하여 수성 전해질의 표면 산화물의 생성을 구동한다. 그러나 산성 또는 염기성 용액에 용해 산화물은 산화물 층의 과도한 형성을 방지하는 산화물의 증착과 경쟁. 두꺼운 산화물 층의 형성은 산화물이 이동에 기계적 장벽을 제공하는 것으로 추정되므로, 유동을 억제한다. 이 억제는 확산 동안 해로울뿐만 아니라, 금속의 형상을 안정화시키는 방법을 제공 할 수있다. e_content가 &quot;&gt; 계면 장력은 전위의 함수로서 연속적으로 변화한다. 표면 장력은 표면 산화물을 제거 전위에서 가장 크다. 인해 고전 electrocapillarity 약간 표면 장력을 <e...

이 방법은 갈륨을 포함하는 액체 금속의 표면 장력을 제어하는 간단한 방법을 제공합니다. 이 방법은 금속1의 표면 장력에 거대하고 가역적인 변화를 달성하기 위해 액체 금속(전해질이 있는 경우 상대 전극에 상대적)에 직접 적용되는 적당한 전압(~1V)을 사용합니다. 
표면 장력은 작은 길이 스케일의 액체에 대한 지배적인 힘이며 습윤, 확산 및 표면 장력 구동 흐름을 포함한 여러 모세관 현상에 중요합니다. 결과적으로, 표면 장력을 제어하는 능력은 mm 미만의 길이 스케일에서 액체의 모양, 위치 및 흐름을 조작하는 합리적인 방법입니다. 두 유체 사이의 표면 장력을 변경하는 가장 일반적인 방법은 유체 사이의 계면에 걸쳐 있는 분자인 계면활성제를 사용하는 것입니다. 계면활성제는 표면 장력을 낮추지만 계면에서 계면활성제를 제거하기 어렵기 때문에 역전이 쉽지 않은 방식입니다. 표면 장력은 온도 구배2,3, 빛4, 표면 화학 5-7 및 전압8을 포함한 다양한 기술을 사용하여 변경할 수도 있습니다. 그러나 이러한 방법의 대부분은 특히 표면 장력이 현저히 큰 액체 금속의 경우 표면 장력에 약간의 변화를 초래합니다.
액체 금속의 표면 장력을 제어하는 능력은 전자, 열 및 광학 응용 분야를 위한 금속 속성을 가진 형상 재구성 가능한 구조를 만들 수 있는 새로운 기회를 제공할 수 있습니다 9-14. 가장 일반적인 액체 금속은 독성으로 유명한 Hg입니다. 여기에 설명된 방법은 갈륨을 기반으로 하는 액체 금속과 관련이 있습니다. 이러한 금속은 점도가 낮고 표면 장력이 크며 휘발성이 낮고 (증기압이 낮음) 독성이 낮습니다15. 중요한 것은 이러한 금속이 공기 중에서 몇 nm 두께의 산화갈륨으로 구성된 표면 산화물을 형성한다는 것입니다16. 이 산화물 층은 역사적으로 전기 화학 및 유체 역학 응용 분야에 골칫거리였던 물리적 피부를 만듭니다17. 여기서의 방법은 표면 장력을 제어하기 위해 새로운 방식으로 산화물을 활용합니다.
전해질에서 액체 금속을 조작하는 가장 일반적인 방법은 상대 전극18에 상대적인 금속에 전위를 적용하는 것입니다. 전해질에서 반대 전하를 띤 이온이 금속의 전하와 일치하여 계면 장력이 떨어집니다. 전기 모세관이라고 하는 이 현상은 Lippman19에 의해 설명된 대로 1870년대부터 알려졌으며 갈륨20의 합금에 사용되었습니다. 일반적으로 전기 모세관은 바람직하지 않은 전기 화학 반응이 금속에 적용되는 전압 범위를 제한하기 때문에 표면 장력에 약간의 변화를 달성합니다. 대조적으로, 여기에 설명된 방법은 금속의 표면 산화(또는 역으로 표면 산화물의 환원)를 전기 모세관으로 인한 변화를 넘어 표면 장력의 엄청난 변화를 달성하는 방법으로 활용합니다. 이 현상에 대한 주요 설명은 산화물이 비대칭이라는 것입니다. 즉, 산화물의 외부 표면은 수산기 (수성 전해질과 낮은 계면 장력 계면을 만듦)로 끝나고 산화물의 내부 표면은 갈륨 원자로 끝납니다 (금속과 낮은 계면 장력 계면을 만듭니다). 대조적으로, 전기화학적 환원을 통해 산화물을 제거하면 금속-전해질 계면이 생성되어 금속을 높은 표면 장력 상태로 되돌립니다. 우리는 고착성 액적의 모양을 전압의 함수로 분석함으로써 금속의 계면 장력을 특성화하는 동시에 중력과 표면 장력이 표면의 곡률을 정의하는 지배적인 힘이라고 가정합니다. 
고전적인 전기 모세관에 비해 이 기술의 장점은 광범위한 범위(~500mN/m에서 거의 0까지)에서 저독성 액체 금속의 장력을 가역적으로 조정할 수 있다는 것입니다. 표면 장력의 이러한 델타 변화는 모든 유체에 대해 문헌에 보고된 것 중 가장 클 수 있으며, 조정 가능하고 가역적인 방식으로 수행될 수 있습니다. 표면 장력의 이러한 큰 변화는 금속의 모세관 거동을 조작하는 데 유용합니다. 예를 들어, 금속이 표면에 퍼지도록 유도하고, 마이크로 채널에서 금속을 인출하고, 마이크로 채널을 금속으로 채우고, Rayleigh 불안정성을 극복하여 액체 금속 섬유를 형성 할 수 있습니다1,21. 
이 기술의 단점은 전해질이 필요하다는 것입니다. 이러한 전해질은 금속 표면을 오염시키고 금속의 움직임을 기계적으로 제한하는 과도한 표면 산화물을 제거하기 때문에 산성 또는 염기성 조건에서 가장 잘 작동합니다. 산화물 층의 동시 제거와 증착은 계면 현상의 분석을 복잡하게 만들며, 이 논문에 설명된 방법이 추가 분석에 힘을 실어주기를 바랍니다. 또 다른 단점은 금속 표면에서의 전기 화학 반응이 상대 전극22,23에서 상보 반쪽 반응과 일치해야한다는 것입니다. 이로 인해 상대 전극에서 수소 기포가 형성될 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>공융 갈륨 인듐</td><td>인듐 공사</td><td></td><td></td></tr><tr><td>수산화나트륨</td><td>Fisher Scientific</td><td>2318-3</td><td></td></tr><tr><td>염산</td><td>Fisher Scientific</td><td>A481-212</td><td></td></tr><tr><td>불화나트륨</td><td>시그마-알드리치</td><td>201154</td><td></td></tr><tr><td>광학 접착제</td><td>Norland</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>폴리디메틸실록산( Sylgard-184)</td><td>다우코닝</td><td></td><td>실리콘 엘라스토머 키트</td></tr>, <tr><td>붕규산 유리 모세 고</td>관절, <td>프리드리히 및 디모크</td><td>B41972</td><td></td></tr><tr><td>Ag/AgCl 기준 전극</td>, <td>미세 전극, Inc.</td><td>MI-401F</td><td></td></tr><tr><td>전압 소스</td><td>Keithley</td><td>3390</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>Gamry</td><td>Ref 600</td><td></td></tr><tr><td>레이저 커터</td><td>범용 레이저 시스템</td><td>VLS 3.50</td><td></td></tr></tbody></table>

방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

계면 장력을 제어하는​​ 계면 장력이 지배적 힘 서브 밀리미터 길이 스케일에서 유체의 형상, 위치 및 흐름을 조작하기위한 효과적인 방법이다. 다양한 방법이 규모 수성 및 유기 액체의 계면 장력을 제어하기 위해 존재한다; 그러나, 이러한 기술은 그들의 큰 계면 장력 액체 금속 용 유틸리티를 제한하고있다. 액체 금속은 전자 및 전자 장치에있어서, 부드러운 신축성 및 형상 재구성 컴포넌트를 형성 할 수있다. 그것이 기계적 방법 (예를 들어, 펌핑)을 통해 상기 유체를 조작하는 것이 가능하지만, 전자의 방법은, 소형화 제어 및 구현하기 쉽다. 그러나, 대부분의 전기 기술은 자신의 제약이있다 : - 온 - 유전체 일렉트로 겸손 작동을위한 대형 (kV의) 전위, electrocapillarity은, 계면 장력에 상대적으로 작은 변화에 영향을 미칠 수있는 지속적인 ELE이 필요합니다ctrowetting는 모세관 내의 액체 금속 플러그로 제한된다. 여기서, 우리는 전기 화학 반응을 통해 표면 갈륨 갈륨 계 액체 금속 합금을 작동시키기위한 방법을 제시한다. 가역적으로 빠르게 전해질에서 액체 금속의 표면에 전기 잠재력을 제어하고하면 (제로 근처에 ̴500 mN의 / M) 크기의이 원 이상 구매시에 의해 계면 장력을 변경합니다. 또한,이 방법은 대향 전극에 대하여인가 단지 아주 적당한 전위 (V 1은 &lt;)을 필요로한다. 장력의 변화의 결과는 주로 계면 활성제로서 작용하는 표면 산화물 층의 전기 화학 증착에 기인한다; 산화물의 제거는 계면 장력, 반대로 증가합니다. 이 기술은 전해액의 다양한 적용이 놓이는 기판과 무관 할 수있다.

도 1은 산화 및 환원에 대한 간단한 2 전극 기술의 예를 나타낸다. 이때, 1 M NaOH 용액 연락처에 구리선을 배치 액체 금속의 70 μL 강하의 전기적인 접속을 확립한다. 1 M NaOH를 인해 계면 장력까지 비드 금속을 금속의 표면 산화물을 제거하고 있습니다. 드롭 및 백금 메쉬 대향 전극 사이에 2.5 V 전위를인가하면, 드롭의 표면을 산화시킨다과 대향 전극 (도 1A II) 측으로 이주하는 동안 드롭 퍼진다. 액체 금속 -1 V의 전위를인가하면 (NaOH로하여 산화물의 제거 이외에), 산화 업 비드 금속 원인을 제거 의한 환원 전위 (도 1 아이에 드롭 수소 기포를 생성). 수소...

우리는 표면 산화물 층의 전기화학적 증착(또는 제거)을 통해 전해질에서 액체 금속의 계면 에너지를 제어하는 방법을 제시합니다. 이 간단한 방법은 적당한 전압을 사용하여 계면 에너지를 빠르고 유의하며 가역적으로 조정하여 갈륨 기반 액체 금속의 모세관 거동을 제어할 수 있습니다.

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

이 절차의 전반적인 목표는 전기화학적 전위의 영향 하에서 액체 금속의 조작을 시연하는 것입니다. 이 방법은 계면 장력에 미치는 산화물의 역할을 규명하는 동시에, 액체 금속의 계면 장력을 매우 넓은 범위에서 조절합니다. 이 기술의 주요 장점은 방법이 간단하고 가역적이며, 매우 낮은 전위만으로도 가능하다는 점입니다.이 기술은 거의 전적으로 Gallium 기반 합금으로 구성된 재설정 가능한 전자 장치를 제작하는 데 활용되어 왔습니다. 산화를 수행하려면 페트리 접시에 수성 전해질을 붓습니다. 접시의 깊이가 약 1~3 mm가 될 정도의 부피를 사용하십시오. 주사기를 사용하여 Gallium 기반 합금 한 방울을 전해질에 넣습니다.여기서는 공정 가륨 인듐(eutectic gallium indium)이 사용됩니다. 액체 금속 방울의 직경보다 작은 직경의 구리선을 액체 금속에 넣어 작업 전극을 설정합니다. 산성 또는 염기성 조건에서 액체 금속은 구리를 적셔 우수한 전기적 접촉을 형성하게 됩니다.액체 금속과 접촉하지 않도록 용액 내에 전도성 대극을 배치합니다. 대극의 저항이 1Ω 미만인 경우, 그 크기는 중요하지 않습니다. 다음으로, 전선을 전압원에 연결하고 액체 금속에 양의 전위를 인가합니다.작은 형태 변형을 위해서는 1V 미만의 정전압을 인가하십시오. 더 큰 형태 변형을 위해서는 1V 이상의 전압을 인가하십시오. 환원을 수행하려면 주사기를 사용하여 액체 금속 한 방울을 빈 페트리 접시에 분주하십시오.그 다음, 금속이 잠길 정도의 높이까지 중성 수성 전해질을 페트리 접시에 붓습니다. 액체 금속 내에 구리선을 넣어 작업 전극으로 사용하고, 전해질 내에 전도성 와이어를 넣어 상대 전극으로 사용합니다. 와이어를 전압원에 연결하고 액체 금속에 음전위를 인가합니다.약 -1 V를 인가하여 표면 산화물을 제거하고 금속이 기판으로부터 탈습(de-wet)되도록 합니다. 금속은 상대 전극에 가장 가까운 쪽부터 먼저 탈습되어야 합니다. 산화층을 완전히 제거하려면 더 음의 전위를 인가하십시오.전해질의 환원으로 인해 액체 금속에 수소 기포가 발생하는 것을 방지하려면 과도하게 큰 음전압을 인가하지 마십시오. 레이저 커터 또는 밀링 툴을 사용하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 조각의 중심에서 가장자리까지 직접적인 경로를 절삭하십시오. 이때 PMMA의 두께 전체를 관통하여 절삭하지 마십시오.이 조각은 액체 금속의 기판 역할을 하게 됩니다. 동일한 도구를 사용하여 PMMA 중앙에 1 square millimeter 크기의 구멍을 뚫으십시오. 경로를 가이드로 삼아, 끝부분만 노출된 절연 구리선을 PMMA 중앙까지 연결하십시오.와이어가 PMMA 표면 위로 돌출되도록 배치합니다. 누설 방지 접착제를 사용하여 와이어를 제자리에 밀봉합니다. PMMA 표면 바로 윗부분에서 와이어를 절단하되, 너무 길게 남겨두면 액적의 모양에 영향을 줄 수 있으므로 주의하십시오.투명한 이미지를 얻을 수 있는 투명 용기에 PMMA 조각을 테이프로 고정합니다. 액적의 표면 프로파일이 명확하게 보일 수 있도록 용기를 접촉각 측정기(contact angle goniometer)에 배치합니다. 용기에 1 M 수산화나트륨 용액을 채웁니다.그런 다음, 돌출된 구리선 위에 25~50 µL의 액체 금속 방울을 떨어뜨립니다. 이 구리선은 작업 전극 역할을 하며 액체 방울을 적시게 됩니다. 모든 전극을 포텐쇼스탯에 연결하십시오.다음으로, 백금 메쉬 상대 전극과 포화 은-염화은 참조 전극을 용액에 넣습니다. 포텐시오스탯을 사용하여 참조 전극에 대한 전압을 제어하고, 고니오미터를 사용하여 액적의 모양을 측정함으로써 계면 장력을 측정합니다. 이때 고니오미터가 정적 액적(sessile drop) 계면 장력을 측정할 수 있는지 확인하십시오.1 M 수산화나트륨 용액으로 유리 모세관을 채웁니다. 모세관의 직경은 약 1 mm여야 합니다. 모세관의 한쪽 끝을 액체 금속 방울에 밀착시켜 배치합니다.모세관이 테이블 표면과 평행하도록 정렬합니다. 액체 금속 방울과 전해질이 채워진 모세관 사이에 공기 틈이 생기지 않도록 주의하십시오. 와이퍼를 사용하여 조립 과정에서 누출되었을 수 있는 과잉 전해질을 닦아냅니다.구리선을 액체 금속에 넣고, 전도성 상대 전극을 모세관의 열린 끝부분에 배치하여 용액과 접촉하게 합니다. 전선을 전압원에 연결하고 액체 금속에 양의 전위를 가합니다. 그러면 액체 금속이 모세관을 채우기 시작할 것입니다.소프트 리소그래피 및 복제 몰딩 기술을 이용하여 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 구성된 미세유체 채널을 제작합니다. 너비 약 100~1,000 µm, 높이 100 µm, 길이 25~65 mm의 채널을 제작하십시오. 수동으로 또는 시린지 펌프를 사용하여 액체 금속을 주입해 채널을 완전히 채웁니다.1 M 수산화나트륨 또는 1 M 염산에 적신 면봉을 사용하여, 금속이 PDMS의 상단 표면과 수평이 되도록 채널 입구에서 과량의 액체 금속을 제거합니다. 채널의 한쪽 끝을 전해질에 담그고, 양극이 전해질에는 닿지만 금속에는 닿지 않도록 배치합니다. 채널의 반대쪽 끝에서는 별도의 전극을 금속 표면에 접촉시켜 액체 금속 자체가 음극으로 작용하도록 합니다.이 전선들을 전압원에 연결하여 전기 회로를 완성하십시오. 3전극 시스템의 경우, 기준 전극이 전해질 방울에 살짝 잠기도록 배치하십시오. 환원 전압을 인가하기 전에, 실험 과정을 기록하기 위해 삼각대나 현미경에 비디오 카메라를 설치하십시오.모든 피사체에 초점이 맞도록 자동 초점 모드를 사용하십시오. 피사계 심도, 화이트 밸런스 및 ISO를 더 세밀하게 제어하려면 수동 초점을 활용하십시오. 필요에 따라 더 높은 f-stop 값, 1/100초의 셔터 속도, 자동 화이트 밸런스 및 자동 ISO를 사용하십시오.실험 녹화를 시작하십시오. 액체 금속을 마이크로 채널에서 추출하기 위해 약 -1 V를 인가합니다. 전압을 꺼서 중성 전해질 내에서 금속의 이동을 멈춥니다.여기 제시된 영상은 전기화학적 전위의 영향 하에 액체 금속이 퍼지는 모습을 촬영한 접촉각 측정기(goniometer) 비디오입니다. 높이의 감소는 더 산화적인 전위를 의미합니다. 계면 장력은 액적의 곡률로부터 결정할 수 있습니다.산화층이 없는 점선 왼쪽 영역은 전형적인 전기-모세관 거동을 보여줍니다. 그러나 산화층이 존재할 때 계면 장력은 급격히 감소하며, 더 높은 전압을 가함에 따라 더욱 감소합니다. 금속에 환원 전위를 가하면 산화층이 제거되어 마이크로채널에서 물러나게 됩니다.이 그래프는 일정 전압에서의 모세관 인출 속도 프로파일을 보여줍니다. 액체 금속이 전해질로 대체됨에 따라 마이크로채널 내의 전기 저항이 증가하여 시간이 지남에 따라 속도가 감소합니다. 이 기술을 숙달하면 단 몇 분 만에 수행할 수 있으며, 과학자와 엔지니어가 이 독특한 현상을 더욱 깊이 연구하는 데 도움이 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

초음파 속도계는 액체 금속 전극의 유체 흐름에 의한 혼합을 연구하는 데 사용됩니다. 이 원고의 초점은 산화를 제한하고 온도, 적용된 전류 및 공급되는 히터 전력을 제어 및 모니터링하면서 정밀한 공간 분해능 초음파 측정을 수행하는 데 사용되는 방법을 설명하는 것입니다.

액체 금속 전극의 초음파 속도 측정

여기에 우리가 합성 프로토콜을 제시 아연 1-X 마그네슘 X O / 구리 구리 산화물에 아연 1-X 마그네슘 X O의 대기압 공간 원자 층 증착 (AP-SALD)을 통해 낮은 온도에서 야외에서 2 O 이종 접합. 이러한 고품질의 균일 한 금속 산화물이 저렴하고 확장 가능한 방법으로 플라스틱을 포함한 다양한 기판 상에 성장 될 수있다.

구리에서 개선 된 이종 접합 품질<sub&gt; 2</sub&gt; 입금 대기 압력 공간 원자 층의 최적화를 통해 태양 전지를 O 기반<br /&gt; 아연<sub&gt; 1-X</sub&gt; 마그네슘<sub&gt; X</sub&gt; O

미 끄 러운 표면 접착 문제를 해결 하기 위해 새로운 방법을 제공 합니다. 이 프로토콜에는 높은 온도에서 미 끄 러운 표면 조작 하는 방법을 설명 합니다. 결과 미 끄 러운 표면 액체 및 높은 온도에서 부드러운 조직에 대 한 놀라운 방지 접착 효과가 반대로 일로 보여 보여 줍니다.

스테인레스 스틸에 미 끄 러운 표면의 준비 및 과열 방지 접착 동작

막대의 형태로 산화 아연 열 구조는 미리 입금된 촉매 씨 입자의 사용 없이 졸 기반 화학 기상 증 착을 통해 합성 됩니다. 이 메서드는 확장 가능 하 고 다양 한 기판 실리콘, 석 영 또는 고분자와 호환.

에 어로 졸 기반 구조 금속 산화물의 화학 증기 증 착: 산화 아연 막대

뒤에 계단 처럼 역방향 바이어스 분리 동시 다중 표면 양극을 통해 성공 양극 알루미늄 산화물을 날조를 위한 프로토콜 제공 됩니다. 그것은 반복적으로 동일한 알루미늄 기판, 전시는 손쉬운, 높은 수율, 그리고 깨끗 한 환경 전략을 적용할 수 있습니다.

동시-표면 Anodizations와 황산에 양극 알루미늄 산화물 및 괭이밥에서 채취한 산 성 전해질의 계단 처럼 역방향 바이어스 분리

우리는 금속/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures 펄스 레이저 증 착 및 현장에서 마 그 네트 론 스퍼터 링의 조합을 사용 하 여 조작. Magnetotransport와 제자리에서 엑스레이 광전자 분광학 실험을 통해 우리는이 시스템에 준 2 차원 전자 가스의 정전기와 화학 현상 사이 상호 작용 조사.

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우리는 superhydrophobic 금속 표면에 생성 하 고 그들의 내구성 및 안티 입힌 속성을 탐구 하는 여러 방법론을 설명 합니다.

반 장식 응용 프로그램 Superhydrophobic 금속 표면의 제조

발표 nanofibers 양극 산화 알루미늄 필터를 사용 하 여 날조를 집계 하 여 기능성 표면 나노-마이크로 multiscale 구조를 조작 하는 쉬운 방법이 이다.

기능성 표면에 찍힌된 Nanofibers 여 집계 multiscale 구조

산화물 물질은 산소 함량을 조정하여 제어할 수 있는 많은 이국적인 특성을 보여줍니다. 여기에서는 펄스 레이저 증착 매개변수를 변경하고 사후 어닐링을 수행하여 산화물의 산소 함량 조정을 보여줍니다. 예를 들어, SrTiO3 기반 헤테로 구조의 전자적 특성은 성장 변형 및 어닐링에 의해 조정됩니다.

성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정

불용성 염니들 템플릿의 화학적 감소를 통해 제곱 단면을 가진 다공성 백금 계 매크로튜브 및 매크로빔을 획득하는 합성 방법이 제시된다.

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방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작

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