Generatie en de controle van de Electrohydrodynamic stroomt in waterig elektrolyt oplossingen

Summary

De rectificatie van ion vervoer trajecten is een effectieve methode voor het genereren van een-directioneel ion-gesleept electrohydrodynamic stromen. Door het instellen van een ionenwisseling membraan in een kanaal, een elektrisch gepolariseerde voorwaarde wordt gegenereerd en zorgt ervoor dat een vloeibare stroom worden aangedreven wanneer een elektrisch veld wordt extern toegepast.

Abstract

Om te rijden electrohydrodynamic (EHD) stroomt in waterige oplossingen, de scheiding van kation en anion vervoer trajecten is essentieel omdat een gestuurde elektrische lichaam kracht moet worden geïnduceerd door Ionische bewegingen in vloeistof. Aan de andere kant, positieve en negatieve kosten trekken elkaar en electroneutrality overal in evenwichtsvoorwaarden wordt gehandhaafd. Bovendien, een toename van een toegepaste spanning moet worden onderdrukt om te voorkomen dat elektrolyse van water, waardoor de oplossingen kan mogelijk instabiel worden. Meestal kunnen EHD stromen worden opgewekt in niet-waterige oplossingen door extreem hoge spanningen, zoals tientallen kV, toe te passen om te injecteren van elektrische ladingen. In deze studie, worden twee methoden ingevoerd voor het genereren van EHD stromen geïnduceerd door de elektrische lading scheidingen in waterige oplossingen, waarin twee vloeibare fases zijn gescheiden door een ionenwisseling membraan. Als gevolg van een verschil in de Ionische mobiliteit in het membraan, wordt ion concentratie polarisatie geïnduceerd tussen beide zijden van de membraan. In deze studie tonen we twee methoden. (i) de ontspanning van ion concentratie verlopen vindt plaats via een kanaal dat een ionenwisseling membraan, waar het vervoer van de langzamere soorten in het membraan selectief dominant in het kanaal van de stroom wordt doordringt. Dit is een drijvende kracht voor het genereren van een stroom EHD in de vloeistof. (ii) een lange wachttijd voor de verspreiding van ionen de ionenwisseling membraan passeren kan het genereren van een stroom van ion-gesleept door een elektrisch veld Extern toe te passen. Ionen geconcentreerd in een kanaal van de stroom van een doorsnede van 1 x 1 mm² bepalen van de richting van de vloeibare stroom, overeenkomt met de trajecten elektroforetische vervoer. In beide methoden, is het verschil van de elektrische spanning vereist voor een generatie EHD flow drastisch verminderd 2 V in de buurt door de ion vervoer trajecten te verhelpen.

Introduction

Onlangs, vloeibare stroom controletechnieken hebben aangetrokken veel aandacht vanwege interesse in de toepassingen van micro- en nanofluidic apparaten^{1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14}

Protocol

1. EHD Flow geïnduceerd door gerectificeerde Ion vervoer

1. Ontwikkeling van een apparaat van stroom kanaal om te zetten van ion vervoer trajecten
   1. Maak een PTFE-mal van het reservoir:
      1. Knip een 13 x 30 x 10 mm³ schimmel uit een blok van polytetrafluorethyleen (PTFE) met behulp van een freesmachine (Zie Figuur 2). U kunt ook een op maat gemaakte product te kopen.
      2. Acrylplaat van 15 x 18 x 1 mm³ aan beide uiteinden van de PTFE-mal met een plastic lijm, waardoor spleten in het reservoir te regelen van de bias elektroden zal houden. Deze onderdelen kunnen worden uitgekn....

Results

Figuur 4 (video figuur), presenteert een representatief resultaat van een generatie EHD flow, als gevolg van de rectificatie van ion vervoer trajecten en sterk geconcentreerde caties die een vloeibare stroom in het kanaal veroorzaakte, volgens stap 1 van het protocol. Figuur 5 toont een resultaat van de analyse van PIV, waar 20 gegevenspunten in de buurt van het centrum van het kanaal (y = z = 0 mm) werden gemid.......

Discussion

Het doel van deze studie was om te scheiden van kationen en anionen in waterige oplossingen op het gebied van ruimtelijke distributies en vervoer nummers. Met behulp van een membraan anion-uitwisseling, kon het vervoer van de anionen en kationen worden rechtgezet in het membraan en een stroom kanaal dat het membraan, respectievelijk doordringt. U kunt ook een catie-uitwisseling membraan dat gescheiden van hoge en lage concentratie oplossingen gewerkt aan elektrisch gepolariseerde oplossingen genereren na een aanzienlijke.......

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
Ethanol	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	054-00461
0.1 mol/L Sodium Hydroxide Solution	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	196-02195
Pottasium Chloride	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	163-03545
Tris-EDTA buffer 100x concentrate	Sigma-Aldrich Co. LLC.	T9285-10014L
2.93 μm polystyrene particle	Merck KGaA	L300 Rouge	Tracer particle
1.01 μm polystyrene particle	Merck KGaA	K100(23716)	Tracer particle
Anion exchange membrane	ASTOM Corp.	Neosepta AHA
Gold (Au)	Furuuchi Chemical Corp.	AUT-13301X	Sputtering target metal
Titanium	Furuuchi Chemical Corp.	TIT-72301X	Sputtering target metal
Chromium	Furuuchi Chemical Corp.	CRT-24301X	Sputtering target metal
Hight-speed CMOS camera	Keyence Corp.	VW-600M
Microscope	Keyence Corp.	VW-9000
Data logger	Keyence Corp.	NR-500, NR-HA08
Laser displacement meter	Keyence Corp.	LK-G5000, LK-H008W
PIV and PTV software	DITECT Co. Ltd.	Flownizer 2D
Potentiostat	AMTEK Inc.	VersaSTAT4
Inverted microscope	Olympus Corp.	IX73
High-speed CMOS camera	Andor Technology Ltd.	Zyla 5.5 sCMOS
Function generator	NF Corp.	WF1945B
Function generator	NF Corp.	WF1973
Ultrasonic cleaner	AS ONE Corp.	AS22GTU
Rotary pump	ULVAC, Inc.	G-100S	Degas liquid PDMS
Rotary pump	ULVAC, Inc.	GLD-201A	Sputtering
Molecular diffusion pump	ULVAC, Inc.	VPC-400	Sputtering