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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van micro- en nano-vloeistofonderzoek, zoals hoe effectief lekkage wordt getransporteerd in smalle ruimtes. Het grote voordeel van deze techniek is dat kationen en anionen, waarvan de transportroutes geëlektrificeerd zijn door het gebruik van een ionenuitwisselingsmembraan, de elektrohydrodynamische stroom aandrijven. De procedures worden gedemonstreerd door Ayoko Yano, een assistent-professor van de universiteit van Gunma, die afstudeerde aan ons laboratorium, en Fumika Nito, een PhD-student van ons laboratorium.

Hecht eerst acrylplaten aan beide uiteinden van een PTFE-mal met een plastic lijm, waardoor er spleten in de reservoir worden gemaakt om de bias-elektroden te plaatsen. Meng in een buis van 50 milliliter een siliconenrubberbasis in hardingsmiddel in een verhouding van tien op één. Plaats vervolgens een vloeibaar PDMS in een vacuümvat en laat het ontgassen met behulp van een roterende pomp.

Verwijder de buis uit het vacuümvat. Giet vervolgens de PDMS in een plastic vat van 40 bij 50 bij 24 millimeter, om de buitenvorm van het reservoir te vormen, en plaats de reservoirmal erin. Bak het hele lichaam van de vloeibare PDMS op een hotplate op 80 graden Celsius gedurende ongeveer vier uur.

Na het bakken, scheidt u de PDMS-reservoir van de PTFE-mal in het buitenvat met de hand. Maak vervolgens een snede door het midden van het reservoir met een chirurgisch mes. Plaats met behulp van pincetten glazen platen, die eerder zijn gecoat met een dunne goudlaag, aan beide uiteinden van het reservoir om als bias-elektroden te dienen.

Snijd vervolgens een anionenuitwisselingsmembraan in een rechthoek van 20 bij 18 millimeter vierkant met behulp van een schaar. Snijd vervolgens een rechthoek van drie bij vijf punt vijf millimeter vierkant uit een rand van het membraan. Snijd nu een verstevigd PDMS-blok met een vierkante stromingskanaal in een stuk van drie bij zes bij vier punt vijf millimeter, met behulp van een chirurgisch mes.

Maak spleten langs de buitenranden en bevestig deze aan het membraan binnen de rechthoekige uitsparing. Plaats vervolgens het anionenuitwisselingsmembraan met het PDMS-stromingskanaal in het PDMS-reservoir met behulp van pincetten. Vul het reservoir met behulp van een micropipet met vier milliliter natriumhydroxide-oplossing.

Breng een elektrisch potentiaal van twee punt twee volt aan, met behulp van een DC-stroombron, in voor- en achteruitwaartse richting, elk twee uur achter elkaar, om de geleidbaarheid van het membraan te verbeteren vóór observatie. Vervolgens, trek de gouden elektroden er met pincetten uit. Vervolgens, verwijder de oplossing uit het reservoir met behulp van een micropipet.

Plaats nieuwe gouden elektroden in het reservoir met behulp van pincetten. Vul het reservoir met behulp van een micropipet met vier milliliter natriumhydroxide-oplossing. Stel op dit moment de framesnelheid en de belichtingstijd van een hogesnelheids aanvullende metaaloxidehalfgeleidercamera in op respectievelijk 500 frames per seconde en één milliseconde.

Verwijder eventuele luchtbellen uit het kanaal door de punt van een micropipet in het kanaaleinde te steken om ze eruit te duwen of eruit te trekken, voordat u een elektrisch potentiaal toepast. Pas nu een extern elektrisch potentiaal van twee punt twee volt toe op de gouden bias-elektroden. Controleer tegelijkertijd de elektrische reacties met behulp van een potentiostat en neem het gedrag van de tracerdeeltjes op de computer op.

Vorm gouden bias-elektroden met een oppervlakte van 26 bij 10 millimeter vierkant op de onderste glazen plaat, volgens procedures die vergelijkbaar zijn met die eerder beschreven. Bekleed het glazen oppervlak met behulp van radiofrequente sputtering met chroom dat gedurende twee minuten bij 75 watt is blootgesteld aan argonplasma en deponeer een dunne goudlaag gedurende vijf minuten bij 75 watt. Soldeer met behulp van een soldeerbout een loodader aan een rand van de elektroden.

Snijd uit een groot siliconenrubbervel twee kamers, elk gemaakt van een stroomkanaal van één bij één bij één millimeter vierkant geplaatst tussen twee reservoirs, met behulp van een chirurgisch mes. Snijd vervolgens een kationenuitwisselingsmembraan uit tot 20 bij 30 millimeter vierkant met behulp van een chirurgisch mes. Ultrasoon elke deel in zuiver water gedurende 15 minuten, door 100 watt toe te passen.

Plaats het kationenuitwisselingsmembraan tussen de kamers, met behulp van pincetten, en druk en verzegel de stapel van de kamers en het kationenuitwisselingsmembraan met glazen platen. Injecteer met behulp van spuiten eerder voorbereide Tris-EDTA-polystyreen deeltjes en Tris-EDTA-kaliumchloride-oplossingen in de onderste en bovenste kamers, respectievelijk. Plaats nu het experimentele apparaat op de tafel van een omgekeerde microscoop.

Verbind de microscoop met de hogesnelheidsaanvullende metaaloxidehalfgeleidercamera om de trajecten van de deeltjesbewegingen te bewaken en de observatiegegevens op een computer op te nemen. Breng tenslotte een elektrisch potentiaalverschil van twee volt per zes seconden aan tussen de twee elektroden, door een functiegenerator als stroombron te gebruiken. Een representatief resultaat van een EHD-stroomgeneratie, resulterend uit de rectificatie van ionentransportroutes en sterk geconcentreerde kationen die een vloeistofstroom in het kanaal induceerden, wordt hier gepresenteerd.

De PIV-analyse toonde aan dat de snelheid van de tracerdeeltjes snel toenam tot een piekwaarde, wanneer een eclectic potentiaal van twee punt twee volt werd toegepast. Daarna nam de snelheid af en convergeerde naar nul. Een representatief resultaat van de EHD-stroom die wordt gegenereerd in een elektrisch gepolariseerde oplossing, onder ionische stroomvoorwaarden, wordt hier getoond.

De snelheidsrespons van de EHD-stroom werd geanalyseerd door de tracerdeeltjes te volgen, die reageerden op het elektrische veld wanneer twee volt werd toegepast. De deeltjes verplaatsten zich snel in de achterwaartse richting en na een korte responstijd veranderde de stroom in de voorwaartse richting en werd de snelheid constant, totdat het elektrische