Name: Otrzymywanie mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Poznaj metodę tworzenia mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych przy użyciu elektrod platynowych i wysokiego napięcia. Technika ta pozwala badać stabilność i wzorce przepływu cieczy w polu elektrycznym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Prace te zostały przeprowadzone w ramach współpracy TTIW w firmie Wetsus, centrum doskonałości w zakresie zrównoważonych technologii wodnych (www.wetsus.nl). Projekt Wetsus jest finansowany przez holenderskie Ministerstwo Gospodarki, Fundusz Rozwoju Regionalnego Unii Europejskiej, prowincję Fryslân, miasto Leeuwarden oraz program EZ/Kompas "Samenwerkingsverband Noord-Nederland". Autorzy pragną podziękować uczestnikom tematu badawczego "Stosowana fizyka wody" za owocne dyskusje i wsparcie finansowe.

1. Ogólne zalecenia
<ol>
	<li>Podczas przeprowadzania eksperymentu należy nosić jednorazowe, bezpudrowe rękawice, aby zapobiec zanieczyszczeniu rąk potem lub olejem.</li>
	<li>Wyczyść wszystkie naczynia szklane, elektrody i wszelkie inne części, które mają kontakt z badaną cieczą, zwracając szczególną uwagę, aby zapobiec wprowadzeniu zanieczyszczeń, które mogą rozpuścić się w fazie ciekłej.</li>
	<li>Za pomocą miernika przewodności zmierz przewodność elektryczną cieczy, która zostanie użyta w eksperymencie i potwierdź, że wynosi ona ≤1 μS/cm.</li>
</ol>
2. Konfiguracja eksperymentalna
<ol>
	<li>Poziomy system mostowy (rysunek 1a)
	<ol>
		<li>Umieść parę platform o regulowanej wysokości na równej, nieprzewodzącej powierzchni. Zamocuj jedną platformę na miejscu, a drugą zamontuj na zmotoryzowanym stoliku do translacji liniowej o minimalnym skoku 25 mm.</li>
		<li>Przymocuj płyty izolacyjne (Rysunek 1a, część j) do górnej powierzchni regulowanych platform. Używaj płyt izolacyjnych, które są zbyt duże, tak aby wystawały z platform na co najmniej 10 mm ze wszystkich stron. Używaj popularnych materiałów, takich jak teflon, akryl lub szkło okienne. Wybierz grubość, aby zapobiec przebiciu przy planowanym maksymalnym napięciu.</li>
		<li>Podłącz zasilanie wysokiego napięcia (Rysunek 1a, część m) zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
		<li>zaciski krokodylkowe do końca zarówno przewodu wysokiego napięcia, jak i przewodu uziemiającego.</li>
		<li>Zacisnąć jeden koniec ramienia nośnego zbudowanego ze sztywnego materiału izolacyjnego na statywie pierścieniowym z prętem izolacyjnym wystającym poziomo ponad platformy izolacyjne.</li>
		<li>Zamontuj przewody uziemiające i wysokiego napięcia do ramion nośnych za pomocą kilku owijek taśmy izolacyjnej, nylonowych opasek drucianych lub innych odpowiednich środków, tak aby zaciski krokodylkowe wystawały w dół ponad izolowane platformy.</li>
		<li>Przypnij jedną elektrodę platynową (Rysunek 1a, część k) do każdego z dwóch zacisków krokodylkowych.</li>
		<li>Ustaw ramiona nośne tak, aby przewód wysokiego napięcia znajdował się nad stałą platformą, a przewód uziemiający znajdował się nad ruchomą platformą.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>System mostów pionowych (rysunek 1b)
	<ol>
		<li>Przymocuj nieprzewodzący zacisk do liniowego stolika translacyjnego tak, aby zacisk mógł przesunąć się o co najmniej 25 mm. Użyj tego zacisku do przytrzymania naczynia (Rysunek 1b, część i), które będzie podłączone do przewodu uziemiającego.</li>
		<li>Zamontuj ten zespół na pionowej sztywnej konstrukcji wsporczej.</li>
		<li>Zamocuj podobny nieprzewodzący zacisk w linii i poniżej wspornika na stoliku translacji liniowej. Użyj tego zacisku do przytrzymania naczynia, które będzie podłączone do przewodu wysokiego napięcia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zrób "martwy drążek" (patrz rysunek 1c dla ilustracji)
	<ol>
		<li>Zdobądź kawałek nieprzewodzącego sztywnego materiału, takiego jak szklany lub plastikowy pręt o długości 30-40 cm (rysunek 1c, część p).</li>
		<li>Przymocuj kawałek przewodzącego metalu o długości 10-15 cm (Rysunek 1c, część q) do jednego końca pręta za pomocą kilku owijek taśmy izolacyjnej (Rysunek 1c, część r) nałożonych w krzyżowy sposób lub innego materiału mocującego.</li>
		<li>Użyj "martwego drążka", aby zmostkować elektrody wysokiego napięcia i uziemienia z metalowym końcem po wyłączeniu zasilania, aby upewnić się, że obwód jest rozładowany przed obsługą sprzętu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Działanie mostków cieczowych
<ol>
	<li>Poziome mostki cieczowe
	<ol>
		<li>Napełnij każde naczynie (Rysunek 1a, część i) wystarczającą ilością płynu, aby doprowadzić powierzchnię do 1-5 mm od dziobka zlewki lub krawędzi. W przypadku naczyń (o średnicy 60 mm) użytych w tej demonstracji należy użyć 67 g płynu do wody, 74 g do DMSO lub 84,4 g do glicerolu.</li>
		<li>Umieść 2 naczynia na platformie izolacyjnej tak, aby fizycznie stykały się ze sobą w jednym miejscu, takim jak wylewki, ale prosta krawędź ścienna również będzie działać.</li>
		<li>Dostosuj wysokość platformy tak, aby ciecz stykała się tylko z platynową elektrodą, a nie z zaciskiem krokodylkowym lub drutem. Zwróć uwagę na wyrównanie w pionie, tak aby powstały most był poziomy poziomo.</li>
		<li>Umieść elektrody platynowe w naczyniach wypełnionych cieczą tak, aby znajdowały się co najmniej 15 mm od miejsca kontaktu, w którym utworzy się mostek. UWAGA: Zazwyczaj elektrody umieszcza się między środkiem naczynia a ścianą najbardziej oddaloną od miejsca, w którym oba naczynia się stykają.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pionowe mosty cieczowe
	<ol>
		<li>Użyj dwóch czystych, zamkniętych naczyń z jednym portem cieczy, jak pokazano na rysunku 1b, część i.</li>
		<li>Napełnij każde naczynie badaną cieczą, aby nie było uwięzionych pęcherzyków powietrza.</li>
		<li>Włóż elektrodę (Rysunek 1b, część k) do każdego naczynia i zamknij nakrętkę, aby utrzymać płyn na miejscu.</li>
		<li>Zamontować dwa zamknięte naczynia w nieprzewodzących zaciskach (patrz 2.2) tak, aby otwory były skierowane do siebie.</li>
		<li>Dodaj kilka kropel płynu do otworu dolnej rurki tak, aby zakrzywiona powierzchnia płynu wystawała kilka milimetrów ponad szklaną krawędź.</li>
		<li>Sprowadź górne naczynie w dół tak, aby po prostu stykało się z dolnym, tworząc mały mostek kapilarny.</li>
		<li>Podłącz wyjście wysokiego napięcia zasilacza (Rysunek 1b, część m) do dolnego (stacjonarnego) zacisku elektrody, a masę do górnego (tłumaczącego) naczynia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Operacje wysokiego napięcia
	<ol>
		<li>Uwagi ogólne
		<ol>
			<li>Przed kontynuowaniem upewnij się, że wszystkie powierzchnie są suche i że na platformach izolacyjnych nie ma kałuż cieczy, folii ani kropel.</li>
			<li>Przed włączeniem zasilania do eksperymentu upewnij się, że nie ma zwarć i że nie ma ścieżek uziemienia, które mogą spowodować kontakt personelu lub sprzętu z powierzchniami pod napięciem. Upewnij się, że postępujesz zgodnie ze wszystkimi procedurami i przestrzegasz ostrzeżeń wydanych przez producenta zasilacza wysokiego napięcia. W razie wątpliwości należy zasięgnąć porady wykwalifikowanego personelu ds. bezpieczeństwa elektrycznego.</li>
			<li>Ustaw biegunowość zasilacza (jeśli jest wybierana) przed włączeniem zasilania. Zazwyczaj należy używać biegunowości napięcia dodatniego, ponieważ zapewnia to bardziej stabilne mostki. UWAGA: Można również zastosować ujemną polaryzację, ale ma tendencję do wywoływania wyraźnych efektów ładunku kosmicznego, które mogą znacząco wpływać na właściwości fizyczne zarówno cieczy dielektrycznej48, jak i wpływać na lokalną gęstość ładunku w obszarze eksperymentalnym ze względu na różnicę funkcjonalną w zatapianiu, a nie pozyskiwaniu elektronów o wysokich potencjałach, ponieważ nadmiar ładunku może zostać rozpylony na otaczające izolacyjne struktury wsporcze.</li>
			<li>Otwórz limit prądu w zasilaczu tak, aby dostarczyć nie więcej niż 5-6 mA prądu.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Wybierz jeden z dwóch profili napięcia, które można zastosować — rampa lub stopień.
		<ol>
			<li>Użyj rampy napięcia przy pierwszym uruchomieniu, a charakterystyka wydajności cieczy nie jest jeszcze znana.
			<ol>
				<li>Zmniejsz limit napięcia w zasilaczu, aby zapewnić 0 kV.</li>
				<li>Włącz wyjście w zasilaczu i powoli zacznij zwiększać limit napięcia z szybkością około 250 V/s.</li>
				<li>Obserwuj napięcie, przy którym następuje zapłon mostka, jest to przybliżone napięcie progowe zapłonu (Vt).</li>
			</ol>
			</li>
			<li>Użyj kroku napięcia, aby szybko podać napięcie do systemu.
			<ol>
				<li>Ustawić limit napięcia zasilania na żądaną wartość powyżej progu zapłonu, który został określony za pomocą rampy napięcia dla badanego układu cieczy (patrz 3.3.2.1.3).</li>
				<li>Włącz wyjście w zasilaczu. UWAGA: Napięcie krok może spowodować iskrzenie łukowe i wyrzucanie kropel i może zająć kilka sekund, zanim utworzy się stabilny most. Łuk łukowy wytwarza ozon i nadtlenek, co powoduje zwiększoną przewodność cieczy, jeśli pozwoli się im utrzymywać dłużej niż kilka sekund. Zaleca się wymianę cieczy na świeży materiał, jeśli problemem jest wyładowanie łukowe.</li>
			</ol>
			</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ustabilizuj mostek po zapłonie.
		<ol>
			<li>Potwierdź zapłon mostka, obserwując stały strumień cieczy między dwoma naczyniami. UWAGA: Występuje to zwykle w zakresie 8-10 kV i towarzyszy mu przewodzenie prądu w zakresie 250-500 μA w zależności od użytej cieczy.</li>
			<li>Dostosuj mostek do przedłużenia, zwiększając napięcie do 10-15 kV przy poborze prądu ~ 1,000 μA. UWAGA: rzeczywista wartość będzie zależeć od użytej cieczy.</li>
			<li>Przedłużyć mostek na odległość około 1 mm na każde przyłożone napięcie 1 kV, np. 15 mm dla napięcia 15 kV. W razie potrzeby dostrój mostek dalej w zależności od wymagań eksperymentu. UWAGA: Stabilny most może istnieć przez wiele godzin.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Procedury zamykania
	<ol>
		<li>Zgaś mostek, wyłączając wyjście na zasilaczu wysokiego napięcia. Poczekaj kilka sekund, aż kondensatory zasilające się rozładują, a odczyt napięcia spadnie do zera.</li>
		<li>Użyj "martwego pręta" skonstruowanego w rozdziale 1.3, aby zewrzeć uchwyty elektrod przed przystąpieniem do obsługi jakichkolwiek wcześniej zasilanych części.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Obrazowanie
<ol>
	<li>Projekcja prążków
	<ol>
		<li>Przygotuj binarną płytkę z frędzlami, drukując czarne paski na przezroczystej folii i przymocuj ją do opalizującego ekranu dyfuzora. W tym przykładzie użyj płyty z frędzlami w formacie A4 (tj. 297 mm x 210 mm).</li>
		<li>Umieść płytkę z frędzlami przed podświetleniem, tak aby frędzle były rzutowane na cały zestaw doświadczalny.</li>
		<li>Nagrywaj zdjęcia lub filmy przedstawiające wzór frędzli za pomocą dowolnej liczby aparatów cyfrowych.</li>
		<li>Śledź zmiany na powierzchni cieczy, jak również zmiany w długości ścieżki optycznej cieczy podpływającej, analizując obrazy zarejestrowane w 4.1.3. UWAGA: Analiza ilościowa zaobserwowanych zmian jest przeprowadzana za pomocą oceny marginesów przy użyciu różnych pakietów oprogramowania, takich jak ogólnodostępny program IDEA49. Szczegółowe informacje i rozważania związane z analizą obrzeży omówiono w innym miejscu49-51.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obrazowanie termograficzne
	<ol>
		<li>Ustaw zakres dynamiczny kamery termowizyjnej zgodnie z instrukcjami producenta. UWAGA: Zazwyczaj dwupunktowa kalibracja, która obejmuje oczekiwany zakres temperatur, jest wystarczająca, aby zapewnić dobrą rozdzielczość termiczną. Większość mostków cieczowych pracuje w zakresie temperatur od 20-50 °C.</li>
		<li>Wykonać poprawkę emisyjności i kalibrację temperatury, obrazując otwartą powierzchnię objętości badanej cieczy w temperaturach odpowiednich dla eksperymentu.
		<ol>
			<li>Napełnić naczynie identyczne z tym, które zostało użyte w konfiguracji doświadczalnej badaną cieczą w temperaturze pokojowej.</li>
			<li>Zmierz temperaturę cieczy za pomocą zanurzeniowej sondy termologicznej, takiej jak termopara typu K.</li>
			<li>Nagraj obraz cieczy w podczerwieni.</li>
			<li>Podnieś temperaturę cieczy do temperatur oczekiwanych w mostku za pomocą płyty grzejnej lub kuchenki mikrofalowej. UWAGA: Zwykle nie jest to więcej niż 10 °C poniżej temperatury wrzenia cieczy (np. 90 °C dla wody).</li>
			<li>Powtórzyć kroki 4.2.2.2 i 4.2.2.3 dla cieczy o podwyższonej temperaturze.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ustaw kamerę nieco powyżej mostu poziomego i wypoziomuj za pomocą mostka pionowego, aby zmaksymalizować rejestrowaną powierzchnię. UWAGA: ze względu na silną absorpcję średnio- i długofalowego promieniowania podczerwonego przez większość cieczy polarnych, widoczny będzie tylko rozkład temperatury powierzchni.</li>
		<li>Nagrywaj podczerwień systemu mostka, zaczynając przed włączeniem wyjść na zasilaczu i kontynuując do momentu zakończenia eksperymentu lub zapełnienia bufora kamery.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Hertz, H. R. Ueber die Vertheilung der Electricitat auf der Oberflache bewegter. Leiter Wied Ann. 13, 266-275 Forthcoming.</li>
<li>Quincke, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aQuincke%2C+G+%22Electrische+Untersuchungen%22">Electrische Untersuchungen</a>. 255, 3rd Ser, Ann Phys Chem. Leipzig. 705-782 (1883).</li>
<li>Armstrong, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22The+Electrical+Engineer%22%5BJournal%5D)">Electrical phenomena.</a> The Electrical Engineer. 10, 154-155 (1893).</li>
<li>Fuchs, E. C., Woisetschläger, J., Gatterer, K., Maier, E., Pecnik, R., Holler, G., Eisenkölbl, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+floating+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys-D-Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">The floating water bridge.</a> J Phys-D-Appl Phys. 40, 6112-6114 (2007).</li>
<li>Fuchs, E. C., Gatterer, K., Holler, G., Woisetschläger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+the+floating+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys-D-Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Dynamics of the floating water bridge.</a> J Phys-D-Appl Phys. 41, 185502-185507 (2008).</li>
<li>Pellat, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesure+de+la+force+agissant+sur+les+di%C3%A9lectriques+liquides+non+%C3%A9lectris%C3%A9s+plac%C3%A9s+dans+un+champ+%C3%A9litrique%5BTitle%5D)+AND+%22C+R+Acad+Sci+Paris%22%5BJournal%5D)">Mesure de la force agissant sur les diélectriques liquides non électrisés placés dans un champ élitrique.</a> C R Acad Sci Paris. 123, 691-696 Forthcoming.</li>
<li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+electromechanical+interpretation+of+electrowetting%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">An electromechanical interpretation of electrowetting.</a> J Micromech Microeng. 15, 1184-1187 (2005).</li>
<li>Saija, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Communication+an+extended+model+of+liquid+bridging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Communication an extended model of liquid bridging.</a> J Chem Phys. 133, 081104(2010).</li>
<li>Wang, K. L., Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+Dependent+Electromechanics+of+Aqueous+Liquids+Electrowetting+and+Dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Frequency Dependent Electromechanics of Aqueous Liquids Electrowetting and Dielectrophoresis.</a> Langmuir. 20, 2813-2818 (2004).</li>
<li>Collins, R. T., Jones, J. J., Harris, M. T., Basaran, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrohydrodynamic+tip+streaming+and+emission+of+charged+drops+from+liquid+cones%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Electrohydrodynamic tip streaming and emission of charged drops from liquid cones.</a> Nat Phys. 4, 149-154 (2008).</li>
<li>Cloupeau, M., Foch, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrohydrodynamic+Spraying+Functioning+Modes+A+Critical+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">Electrohydrodynamic Spraying Functioning Modes A Critical Review.</a> Journal of Aerosol Science. 25 (6), 1021-1036 (1994).</li>
<li>Sumoto, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+interesting+phenomenon+observed+on+some+dielectrics%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Soc+Jpn%22%5BJournal%5D)">An interesting phenomenon observed on some dielectrics.</a> J Phys Soc Jpn. 10 (6), 494(1955).</li>
<li>Okano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+rotatory+motion+of+dielectrics+in+static+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22J+J+App+Phys%22%5BJournal%5D)">On the rotatory motion of dielectrics in static electric field.</a> J J App Phys. 4 (4), 292-296 (1965).</li>
<li>Pickard, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Investigation+of+the+Sumoto+Effect%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Experimental Investigation of the Sumoto Effect.</a> J Appl Phys. 32, 1888-1893 (1961).</li>
<li>Pickard, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+Force+Effects+in+Dielectric+Liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Dielectrics%22%5BJournal%5D)">Electrical Force Effects in Dielectric Liquids.</a> Prog Dielectrics. 6, 1-39 (1965).</li>
<li>Mirza, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sumoto+effect+under+transient+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Sumoto effect under transient conditions.</a> Jpn J Appl Phys. 19, 1297-1300 (1980).</li>
<li>Pellat, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+agissant+%C3%A1+la+surface+de+s%C3%A9paration+de+deux+di%C3%A9lectriques%5BTitle%5D)+AND+%22CR+Seances+Acad+Sci+%28Paris%29%22%5BJournal%5D)">Force agissant á la surface de séparation de deux diélectriques.</a> CR Seances Acad Sci (Paris). 119, 675-678 (1894).</li>
<li>Melcher, J. R., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrohydrodynamics+A+Review+of+the+role+of+interfacial+shear+stresses%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Electrohydrodynamics A Review of the role of interfacial shear stresses.</a> Annu Rev Fluid Mech. 1, 111-146 (1969).</li>
<li>Melcher, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMelcher%2C+JR+%22Continuum+Electromechanics%22">Continuum Electromechanics</a>. , MIT Press. Cambridge, MA. (1981).</li>
<li>Druzgalski, C. L., Andersen, M. B., Mani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Direct+numerical+simulation+of+electroconvective+instability+and+hydrodynamic+chaos+near+an+ion-selective+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Fluids%22%5BJournal%5D)">A Direct numerical simulation of electroconvective instability and hydrodynamic chaos near an ion-selective surface.</a> Phys Fluids. 25, 110804(2013).</li>
<li>Melcher, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMelcher%2C+JR+%22A+tutorial+on+induced+electrohydrodynamic+forces%22">A tutorial on induced electrohydrodynamic forces</a>. , MIT. Cambridge, MA. (1968).</li>
<li>Woisetschläger, J., Wexler, A. D., Holler, G., Eisenhut, M., Gatterer, K., Fuchs, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Horizontal+bridges+in+polar+dielectric+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Fluids%22%5BJournal%5D)">Horizontal bridges in polar dielectric liquids.</a> Exp Fluids. 52, 193-205 (2012).</li>
<li>Galliker, J., Schneider, H., Eghlidi, S., Kress, V. S. andoghdar, Poulikakos, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+printing+of+nanostructures+by+electrostatic+autofocussing+of+ink+nanodroplets%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Direct printing of nanostructures by electrostatic autofocussing of ink nanodroplets.</a> Nature Communications. 3, (2012).</li>
<li>Fuller, S. B., Wilhelm, E. J., Jacobson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ink+jet+printed+nanoparticle+microelectromechanical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J+Microelectromech+Syst%22%5BJournal%5D)">Ink jet printed nanoparticle microelectromechanical systems.</a> J Microelectromech Syst. 11, 54-60 (2002).</li>
<li>Sutanto, E., Shigeta, K., Kim, Y. K., Graf, P. G., Hoelzle, D. J., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multimaterial+electrohydrodynamic+jet+%28E-jet%29+printing+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">A multimaterial electrohydrodynamic jet (E-jet) printing system.</a> J Micromech Microeng. 22, 045008(2012).</li>
<li>Tao, W. E., Inai, R., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technological+advances+in+electrospinning+of+nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Technol+Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Technological advances in electrospinning of nanofibers.</a> Sci Technol Adv Mater. 12, 013002(2011).</li>
<li>Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrohydrodynamic+Drop-on-Demand+Patterning+in+Pulsed+Cone-Jet+Mode+at+Various+Frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Aero+Sci%22%5BJournal%5D)">Electrohydrodynamic Drop-on-Demand Patterning in Pulsed Cone-Jet Mode at Various Frequencies.</a> J of Aero Sci. 39, 819-825 (2008).</li>
<li>Chung, H. J., Xie, X. N., Sow, C. H., Bettiol, A. A., Wee, A. T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymeric+conical+structure+formation+by+probe-induced+electrohydrodynamical+nanofluidic+motion%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Polymeric conical structure formation by probe-induced electrohydrodynamical nanofluidic motion.</a> Appl Phys Lett. 88, 023116(2006).</li>
<li>Hwang, T. H., Kim, J. B., Yang, D. S., Park, Y. -I., Ryu, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+electrohydrodynamic+printing+for+micro-reservoir+drug+delivery+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">Targeted electrohydrodynamic printing for micro-reservoir drug delivery systems.</a> J Micromech Microeng. 23, 035012(2013).</li>
<li>Sill, T. J., von Recum, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospinning+Applications+in+drug+delivery+and+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomat%22%5BJournal%5D)">Electrospinning Applications in drug delivery and tissue engineering.</a> Biomat. 29, 1989-2006 (2008).</li>
<li>Zeng, J., Korsmeyera, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+droplet+electrohydrodynamics+for+lab+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Principles of droplet electrohydrodynamics for lab on a chip.</a> Lab Chip. 4, 265-277 (2004).</li>
<li>Enayati, M., Chang, M. W., Bragman, F., Edirisinghe, M., Stride, E. In Colloids and Surfaces A-physicochemical and Engineering Aspects. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEnayati%2C+M+%22Electrohydrodynamic+preparation+of+particles%2C+capsules+and+bubbles+for+biomedical+engineering+applications%22">Electrohydrodynamic preparation of particles, capsules and bubbles for biomedical engineering applications</a>. , Elsevier Science BV. 154-164 (2011).</li>
<li>Agostinho, L. L. F., Brouwer, S., Yurteri, C. U., Fuchs, E. C., Marijnissen, J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insulated+multinozzle+system+for+electrohydrodynamic+atomization+in+the+simple-jet+mode%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Insulated multinozzle system for electrohydrodynamic atomization in the simple-jet mode.</a> Appl Phys Lett. 102, 194103(2013).</li>
<li>Feynman, R. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFeynman%2C+RP+%22Feynman+Lectures+on+Physics%22">Feynman Lectures on Physics</a>. Volume II Mainly Electromagnetism and Matter, California Institute of Technology Press. ISBN 0-201-02117-X-P (1964).</li>
<li>Zhang, X., Zahn, M. K. err <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((electro-optic+field+mapping+study+of+the+effect+of+charge+injection+on+the+impulse+breakdown+strength+of+transformer+oil%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">electro-optic field mapping study of the effect of charge injection on the impulse breakdown strength of transformer oil.</a> Appl Phys Lett. 103, 162906(2013).</li>
<li>Widom, A., Swain, J., Silverberg, J., Sivasubramanian, S., Srivastava, Y. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+the+Maxwell+pressure+tensor+and+the+tension+in+a+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+E%22%5BJournal%5D)">Theory of the Maxwell pressure tensor and the tension in a water bridge.</a> Phys Rev E. 80, 016301(2009).</li>
<li>Marín, A. G., Lohse, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Building+water+bridges+in+air%3B+electrohydrodynamics+of+the+floating+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Fluids%22%5BJournal%5D)">Building water bridges in air; electrohydrodynamics of the floating water bridge.</a> Phys Fluids. 22, 122104(2010).</li>
<li>Morawetz, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+water+and+charged+liquid+bridges%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+E%22%5BJournal%5D)">Theory of water and charged liquid bridges.</a> Phys Rev E. 86 (2), 026302-026310 (2012).</li>
<li>Onsager, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deviations+from+Ohm%E2%80%99s+law+in+weak+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Phy%22%5BJournal%5D)">Deviations from Ohm’s law in weak electrolytes.</a> J Chem Phy. 2 (9), 599-615 (1934).</li>
<li>Nishiumi, H., Honda, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Electrolyte+on+Floating+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Res+Let+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Effects of Electrolyte on Floating Water.</a> Res Let Phys Chem. 2009, 371650(2009).</li>
<li>Fuchs, E. C., Agostinho, L. L. F., Wexler, A., Wagterveld, R. M., Tuinstra, J., Woisetschläger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+behavior+of+a+floating+water+bridge+under+reduced+gravity+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+D+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">The behavior of a floating water bridge under reduced gravity conditions.</a> J Phys D Appl Phys. 44, 025501-025508 (2011).</li>
<li>Ponterio, R. C., Pochylski, M., Aliotta, F., Vasi, C., Fontanella, M. E., Saija, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+scattering+measurements+on+a+floating+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+D+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Raman scattering measurements on a floating water bridge.</a> J Phys D Appl Phys. 43, 175405-175412 (2010).</li>
<li>Piatkowski, L., Wexler, A. D., Fuchs, E. C., Schoenmakera, H., Bakker, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+vibrational+energy+relaxation+of+the+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22PCCP%22%5BJournal%5D)">Ultrafast vibrational energy relaxation of the water bridge.</a> PCCP. 14, 6160-6164 (2012).</li>
<li>Fuchs, E. C., Cherukupally, A., Paulitsch Fuchs, A. H., Agostinho, L. L. F., Wexler, A. D., Woisetschläger, J., Freund, F. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+the+Mid-Infrared+Emission+of+a+Floating+Water+Bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+D+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Investigation of the Mid-Infrared Emission of a Floating Water Bridge.</a> J Phys D Appl Phys. 45, 475401(2012).</li>
<li>Oshurko, V. B., Ropyanoi, A. A., Fedorov, A. N., Fedosov, M. V., Shelaeva, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectrum+of+OH+stretching+vibrations+of+water+in+a+%E2%80%9Cfloating%E2%80%9D+water+bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Tech+Phys%22%5BJournal%5D)">Spectrum of OH stretching vibrations of water in a “floating” water bridge.</a> J Tech Phys. 57 (11), 1589-1592 (2012).</li>
<li>Fuchs, E. C., Bitschnau, B., Di Fonzo, S., Gessini, A., Woisetschläger, J., Bencivenga, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inelastic+UV+Scattering+in+a+Floating+Water+Bridge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Sc+Appl%22%5BJournal%5D)">Inelastic UV Scattering in a Floating Water Bridge.</a> J Phys Sc Appl. 1, 135-147 (2011).</li>
<li>Skinner, L. B., Benmore, C. J., Shyam, B., Weber, J. K. R., Parise, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+of+the+floating+water+bridge+and+water+in+an+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Structure of the floating water bridge and water in an electric field.</a> PNAS. 109, (2012).</li>
<li>Kaneko, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+space+charge+on+the+breakdown+strength+under+polarity+reversal%5BTitle%5D)+AND+%22Elec+Eng+Jap%22%5BJournal%5D)">Effect of space charge on the breakdown strength under polarity reversal.</a> Elec Eng Jap. 106, 3(1986).</li>
<li>Hipp, M., Woisetschläger, J., Reiterer, P., Neger, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+evaluation+of+interferograms%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement%22%5BJournal%5D)">Digital evaluation of interferograms.</a> Measurement. 36, 53-66 (2004).</li>
<li>Kreis, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKreis%2C+T+%22Handbook+of+Holographic+Interferometry+Optical+and+Digital+Methods%22">Handbook of Holographic Interferometry Optical and Digital Methods</a>. , Wiley VCH. 554(2004).</li>
<li>Eisenhut, M., Guo, X., Paulitsch Fuchs, A. H., Fuchs, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous+Phenol+and+Ethylene+Glycol+Solutions+in+Electrohydrodynamic+Liquid+Bridging%5BTitle%5D)+AND+%22Cent+Eur+J+Chem%22%5BJournal%5D)">Aqueous Phenol and Ethylene Glycol Solutions in Electrohydrodynamic Liquid Bridging.</a> Cent Eur J Chem. 9 (3), 391-403 (2011).</li>
<li>Paulitsch Fuchs, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prokaryotic+transport+in+electrohydrodynamic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Biol%22%5BJournal%5D)">Prokaryotic transport in electrohydrodynamic structures.</a> Phys Biol. 9, 026006-026016 (2012).</li>
<li>Stanley, H. E., et al. Advances in Solid State. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStanley%2C+HE+%22Liquid+Polyamorphism+and+the+Anomalous+Behavior+of+Water%22">Liquid Polyamorphism and the Anomalous Behavior of Water</a>. Haug, R. 48, 249-266 (2009).</li>
</ol>

Autorzy, dr Mónica López Sáenz i dr Oliver Schreer, są pracownikami firmy IRCAM GmbH, która produkuje instrumenty wykorzystane w tym artykule. Pozostali autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Pomyślne tworzenie stabilnych i wytrzymałych mostków cieczowych EHD wymaga zwrócenia uwagi na pewne proste, ale ważne szczegóły. Istotne jest, aby przewodność jonowa roztworów była jak najniższa (np. 1-5 μS/cm). Należy pamiętać, że zanieczyszczenie wody może powodować zwiększenie przewodności niektórych cieczy polarnych (np. glicerolu). Dobrze umyj wszystkie szklane naczynia, zwracając uwagę na staranne płukanie, używaj tylko naczyń szklanych wolnych od zanieczyszczeń powierzchniowych lub śladów przypaleń spowodowanych łukiem elektrycznym. Ogólnie rzecz biorąc, dobrą praktyką jest noszenie rękawiczek podczas pracy z jakimkolwiek sprzętem, aby zapobiec zanieczyszczeniu eksperymentu olejkami i solami skóry. Elektrody powinny być sonikowane przez kilka minut w badanym rozpuszczalniku i zaleca się, aby były one "wypalane" poprzez prowadzenie nieprzedłużonego mostka przez 30-45 minut przy wysokich wartościach prądu (np. 3-5 mA) w celu zmniejszenia reakcji elektrod wtórnych. Metale szlachetne o wysokiej czystości (np. >99,9%) najlepiej sprawdzają się jako materiały elektrodowe i powinny mieć wystarczającą powierzchnię, aby utrzymać niską gęstość prądu rzędu 10 A/m², aby zmniejszyć miejscowe nagrzewanie.
W przypadku mostów, które mają słabą stabilność lub są trudne do uruchomienia, zaleca się najpierw upewnić się, że przewodność wynosi ~1 μS/cm i że nie ma obcych zbiorników cieczy, które mogłyby umożliwić ścieżkę prądu alternatywnego. Ogólnie rzecz biorąc, zaleca się, aby wszystkie powierzchnie były jak najbardziej suche, należy zwrócić szczególną uwagę na cienkie warstwy, które mogą tworzyć się między naczyniami a płytami izolacyjnymi. Jeśli wystąpi wyładowanie łukowe, przerwij zasilanie i zmniejsz wartość napięcia, a następnie ponownie włącz zasilanie, ponieważ ciągłe wyładowanie łukowe spowoduje "karbonizację" dotkniętych obszarów, co może zmniejszyć stabilność mostka lub całkowicie zapobiec zapłonowi mostka. Jeżeli do systemu doprowadzone jest zasilanie powyżej napięcia progowego i nie tworzy się mostek, można użyć szklanego pręta izolacyjnego do wciągania cieczy w górę w kierunku punktów styku (np. dziobków zlewek) między dwoma naczyniami. Jeśli system nadal zachowuje się niestabilnie, wyczyść sprzęt i zacznij od nowa ze świeżym płynem. W przeciwnym razie zaleca się inwentaryzację otoczenia, ponieważ duże metalowe przedmioty, materiały przenoszące ładunek statyczny lub silne prądy powietrza mogą zakłócić most i/lub pole elektryczne, które go podtrzymuje.
System eksperymentalny można łatwo modyfikować tak, aby pasował do materiałów powszechnie dostępnych w większości laboratoriów. Pojemniki na ciecze mogą być wykonane z prawie każdego kompatybilnego materiału i należy zwrócić szczególną uwagę na palność pojemnika lub fazy ciekłej w przypadku łuku elektrycznego; na przykład teflon będzie generował niebezpieczne gazy podczas spalania. Kształt, rozmieszczenie i materiał elektrody można również zmienić, aby dopasować je do ograniczeń danej konfiguracji. Zazwyczaj stosuje się elektrody płaskie wykonane z folii, ale można również użyć drutu, o ile uwzględnione są wytyczne dotyczące gęstości prądu. Zastosowane pole elektryczne może być czystym prądem stałym, czystym prądem przemiennym lub prądem przemiennym spolaryzowanym prądem stałym. Wszystkie będą wytwarzać mostki cieczowe w zakresie odpowiedzi zależnym od częstotliwości dla cieczy opisanym w literaturze na temat elektrozwilżania dielektryków (EWOD) i dielektroforezy (DEP)9 , które definiują zakres częstotliwości odpowiedzi od 20 Hz do 20 kHz dla umiarkowanych napięć. Wyższe zakresy częstotliwości mogą również generować mostki, chociaż nie zostały one wyraźnie przetestowane, a niektórzy pracownicy zgłosili, że dolna granica dla mostków pionowych prądu przemiennego wynosi 50 Hz42. Orientacja na grawitację jest również łatwo modyfikowana, o ile można opracować system zapewniający swobodne powierzchnie cieczy, które są stabilne bez przyłożonego pola elektrycznego. Eksperymenty przeprowadzono przy braku grawitacji41 , które wykazały, że mosty te są zależne od stabilizującego wpływu grawitacji, która utrzymuje delikatną równowagę sił w płynnym moście.
Mostki cieczowe EHD to nowe narzędzie, które można dodać do repertuaru wielu zastosowań w naukach przyrodniczych. Pozwalają one na badanie oddziaływania sił masowych i powierzchniowych z zewnętrznymi polami elektrycznymi. Otwierają one możliwość zbadania nowych sposobów mieszania różnych płynów37; zmiana kinetyki reakcji chemicznej52; transport protonów44,45; oraz badanie reakcji systemów biologicznych na takie warunki53. Ponadto mostki te umożliwiają bezpośredni dostęp do powierzchni cieczy bez żadnych fizycznie subtelnych struktur, co już dostarczyło nowych informacji spektroskopowych na temat dynamiki w ciekłej wodzie28 i wskazuje nie tylko na istnienie elektrycznie sterowanego przełącznika stanu, dzięki któremu pojawiają się nowe właściwości masy31, ale także na potencjał do badania przemian fazowych ciecz-ciecz54 za pomocą zupełnie nowej metody. Powszechne przemysłowe zastosowanie procesów EHD (np. metody elektroprzędzenia26 i elektrorozpylania32,33 ) z pewnością może przynieść korzyści z dalszych badań nad tymi ściśle powiązanymi zjawiskami.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Floating water bridge, characteristic curves graph; current vs. voltage relationship; threshold analysis." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. ≥ 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Floating water bridge graph with current vs. voltage, diagram showing threshold curves and stability images." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.  Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Oddziaływanie pól elektrycznych z materią w stanie ciekłym skutkuje powstaniem szeregu sił rozwijających się w objętości materiału. W rzeczywistych ciekłych układach dielektrycznych niepomijalne gradienty pola oraz geometrie łamiące symetrię prowadzą do wystąpienia wielu pozornie osobliwych efektów. Hertz był jednym z pierwszych, którzy zauważyli ruch obrotowy w dielektrycznych układach ciecz-ciało stałe1. Quincke zaobserwował, że napięcie powierzchniowe na granicy dwóch płynów ulega zmianie nie tylko pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego, ale że zmiana ta skutkuje wywieraniem sił na ciało płynu i może być wykorzystana do wywołania ruchu obrotowego2. Armstrong odkrył w 1893 roku lewitujący mostek wodny3, który do niedawna pozostawał enigmatyczną sztuczką, dopóki Fuchs i współpracownicy nie zbadali mechaniki transportu masy i ładunku4,5, co przywróciło poważne zainteresowanie naukowe mechanizmami powstawania tych mostków. Pola elektryczne mają zdolność do unoszenia cieczy przeciwko sile grawitacji, co wykazują prace Pellata nad podnoszeniem się cieczy dielektrycznej między elektrodami z równoległych płyt6. Proces ten wykazuje zależność od częstotliwości i ostatecznie może być opisany za pomocą tensora naprężeń Maxwella7. Jest to istotne przy rozważaniu wzrostu poziomu cieczy związanego z elektrohydrodynamicznymi (EHD) mostkami cieczowymi, które w warunkach prądu zmiennego wykazują zależność od częstotliwości8 podobną do elektrowettingu na dielektryku (EWOD) i dielektroforetycznego (DEP) przepływu masy9. Ponadto stosowanie wysokich potencjałów pól elektrycznych jest istotne w kontrolowaniu rozrywania strumienia cieczy, a oddziaływanie pola elektrycznego z cieczami jest niezbędne do zrozumienia przemysłowo ważnego procesu atomizacji elektrospray10,11.
Zewnętrzne pole elektryczne wpływa nie tylko na energię powierzchniową. W wyniku działania polaryzacji i naprężeń ścinających mogą powstawać wzorce przepływu. Jednym z przykładów jest cyrkulacja cieczy w obecności niejednorodnych pól elektrycznych. W ten sposób w objętości cieczy powstają prądy elektrokonwekcyjne napędzane naprężeniami ścinającymi. Sumoto wykazał, że można zbudować silnik cieczowy, wykorzystując szklany rotor zawierający ciecz polarną lub metalowy pręt zanurzony w niepolarnym dielektryku i umieszczony w niejednorodnym polu elektrycznym12. Późniejsza analiza przeprowadzona przez Okano wykorzystała przybliżenie pola jednorodnego13 do rozwiązania problemu rotacji, co pozwoliło jedynie na jakościowe dopasowanie do wyników eksperymentalnych i wymagało, aby ciecze dielektryczne reagowały jako jedna masa. Inni badacze zajmujący się tym tematem całkowicie przeoczyli istotę problemu, błędnie opisując i analizując efekt Sumoto jako wzrost poziomu cieczy14-16 w odpowiedzi na pole elektryczne, co było pionierską pracą Pellata17. Zrozumienie znaczenia przerwania symetrii powierzchniowej dla procesu lokalizacji ładunku i generowanych naprężeń ścinających18 jest niezbędne w badaniach nad ciekłymi mostkami EHD. Traktat Melchera na temat elektromechaniki kontinuum19 dostarcza pełnych podstaw teoretycznych do opisu cieczy objętościowych i upraszcza opis powierzchni wolnych w granicy izotropowej jednorodności. Znaczenie powierzchni jest jednak oczywiste nawet z punktu widzenia kontinuum, ponieważ utrata symetrii prowadzi do powstania naprężeń ścinających, które mogą generować ruch w objętości. Przyjmując ogólny przypadek dyskretnych, mobilnych objętości płynu, które mogą ulegać polaryzacji i podlegają wynikającej sile reakcji przy zbliżaniu się do powierzchni, oddziaływanie pola elektrycznego można wprowadzić zarówno do równań Naviera-Stokesa20, jak i relacji Bernoulliego7,21,22, aby opisać wielość zjawisk przepływu EHD, w tym mostki cieczowe. Dalsze badania nad mostkami cieczowymi mogą usprawnić szereg technologii opartych na EHD, takich jak druk atramentowy23-25, przetwarzanie materiałów mikro- i nanostrukturalnych26-28, dostarczanie leków29,30, zastosowania biomedyczne31,32 oraz odsalanie wody33.
Opisane tutaj metody umożliwiają badanie procesu tworzenia się cieczowych mostków EHD, które występują w cieczach polarnych, których cząsteczki posiadają trwały moment dipolowy. Przyłożone niejednorodne pole elektryczne powoduje częściową polaryzację populacji dipoli, co prowadzi do lokalnej zmiany przenikalności elektrycznej, a w konsekwencji do dalszego wzmocnienia gradientów pola18,34,35. Polaryzacja ta wywołuje siłę przemieszczenia, która w zależności od względnej intensywności przyłożonego pola generuje szereg różnych odpowiedzi cieczy (patrz Rysunki 4-7), co ostatecznie prowadzi do powstania mostka. W cieczy rozwinie się również przepływ Taylora22,36 wzdłuż powierzchni elektrod, szczególnie w przypadkach, gdy na elektrodach występują ostre krawędzie. Istnieje również możliwość wtryskiwania ładunków na ostrych krawędziach, co jest zgodne z tworzeniem się warstw ładunków heterogenicznych generujących prądy elektrokonwekcyjne w objętości cieczy22, co wiąże system mostka cieczowego z efektem Sumoto12. Podstawowe zależności EHD dla mostków są szeroko opisane w innych publikacjach dla wody i innych cieczy polarnych22,36-38. Podejścia teoretyczne te obarczone są pewnymi ograniczeniami, które należy wziąć pod uwagę przy analizie danych eksperymentalnych. Metoda oparta na tensorze naprężeń Maxwella36 jest niewrażliwa na niejednorodności pola oraz niejednorodności w samym mostku cieczowym. Czyste podejście EHD37 dostarcza definicji stanu ustalonego dla liczby elektrograwitacyjnej i jej związku ze współczynnikiem kształtu mostka; jednak dynamika przepływu i istotne zjawiska przejściowe (np. tworzenie się mostka) nie są przewidywane. Trzy liczby bezwymiarowe są przydatne przy analizie stabilności mostka i zostały tutaj wyprowadzone zgodnie z wcześniejszą publikacją Marína i Lohse37. Liczba elektrokapilarna (CaE) jest definiowana jako stosunek sił elektrycznych do kapilarnych:
<img alt="Równanie liczby kapilarnej z przenikalnością i wymiarami; wzór z zakresu dynamiki płynów." fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">
gdzie ε0 jest przenikalnością elektryczną próżni, εr względną przenikalnością elektryczną cieczy, Et natężeniem pola elektrycznego w poprzek mostka, γ napięciem powierzchniowym, a ds i dl są rzutami pionowym i poziomym średnicy w celu wyznaczenia średniej średnicy Dm. Liczba Bond (Bo) opisuje równowagę między siłą grawitacji a siłami kapilarnymi:
<img alt="Wzory na liczbę Bo i objętość; równania na schemacie badań dynamiki płynów." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2">
gdzie g jest przyspieszeniem grawitacyjnym, l jest długością wolnego mostka, a V jest objętością mostka. Zależność między siłami grawitacyjnymi, kapilarnymi i elektrycznymi można wyrazić za pomocą liczby elektrograwitacyjnej GE:
<img alt="Równania równowagi statycznej; formuła GE; wykorzystywana w obliczeniach i analizach naukowych." fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3">
Maksymalna rozciągliwość mostka jest związana z przyłożonym napięciem, podczas gdy prąd płynący przez mostek zależy od pola przekroju poprzecznego, a tym samym od średnicy. Relacje te są ze sobą powiązane, określają objętość mostka, a w konsekwencji definiują obszar stabilności dla każdego działającego mostka cieczowego. Krzywe charakterystyczne dla mostka wodnego przedstawiono na Rysunku 3, który wskazuje dolny próg, poniżej którego przyłożone pole jest zbyt słabe, aby pokonać siły napięcia powierzchniowego, oraz górny próg, powyżej którego masa mostka jest zbyt duża, co prowadzi do wycieku, który dodatkowo zaburza pole i skutkuje przerwaniem mostka.
Bardziej ogólne ujęcie mostków cieczowych w rozpuszczalnikach polarnych19,22 dostarcza łącznych składników ciśnienia działających w obrębie mostka, co pozwala przewidzieć siły sterujące dynamiką przepływu w kontekście zmodyfikowanego równania Bernoulliego z dodanymi do składnika ciśnienia składnikami przemieszczenia elektrycznego. Ponadto, zgodnie z obserwacjami eksperymentalnymi dotyczącymi kierunku pompowania w stanie równowagi oraz emisji termicznej, uwzględniono relację Onsagera dla stabilności jonów24.
Zbadano szereg cieczy polarnych, w tym wodę, niższe alkohole alifatyczne (np. metanol), polialkohole (np. glicerol), dimetylosulfotlenek (DMSO) oraz inne polarne związki organiczne (np. dimetyluformamid). Niepolarne ciecze dielektryczne (np. heksan) nie wykazują tendencji do tworzenia mostków. Dielektryczne ciecze zdolne do tworzenia mostków, zbadane do tej pory8,22,37, mieszczą się w ściśle określonej grupie parametrów fizycznych, które stanowią dobry punkt wyjścia do dalszych eksperymentów: niska przewodność (σ &lt; 5 μS/cm), umiarkowana statyczna przenikalność względna (ε = 20-80) oraz umiarkowane lub wysokie napięcie powierzchniowe (γ = 21-72 mN/m). Co ciekawe, w takich mostkach funkcjonuje szeroki zakres lepkości (η = 0.3-987 mPa·sec). W cieczach o dostatecznie wysokiej lepkości, takich jak glicerol, możliwe jest wyciągnięcie mostka bezpośrednio z objętości cieczy (patrz Rycina 5), co stanowi istotne ogniwo łączące siły dielektroforetyczne z mostkami cieczowymi. Roztwory jonowe (np. NaCl(aq)) silnie zaburzają tworzenie mostków, a w poprzednich badaniach40 wykazano, że zwiększają one temperaturę mostka, zmniejszają stosunek długości do przyłożonego napięcia oraz ograniczają rozciągliwość. Zachowanie to przypisuje się głównie efektowi ekranowania ładunków przez rozpuszczone jony, a także zwiększonemu przewodzeniu prądu, co osłabia sprzężenie między elementami objętości cieczy a polem elektrycznym.
Na poziomie kontinuum zjawiska EHD pojawiają się po prostu dlatego, że niezbędne człony ciśnienia towarzyszące elektrostrykcji występują jedynie na granicy faz ciekłych21. Ponadto istnieje związek między stabilnością ciekłych mostków EHD a stabilnością granic faz w systemie. W przypadku eksperymentów w warunkach zredukowanej grawitacji41 zwiększająca się powierzchnia prowadzi do powstania siły, która rozrywa mostek. Podobnie, jeśli powierzchnia jest zbyt ograniczona lub pole powierzchni styku małe, w mostku prawdopodobnie rozwiną się niestabilności. Można to zilustrować na przykładzie mostków zasilanych przez rurki lub w przypadku mostków pionowych, w których jedna elektroda jest wyciągana w górę z powierzchni – powstałe mostki są mniej stabilne podczas długotrwałej pracy, ponieważ brakuje im charakterystycznej dynamiki przepływu występującej w sytuacji, gdy oba zbiorniki mają dużą wolną powierzchnię. Mostki, których połączenia ze zbiornikiem cieczy są ograniczone rurkami, wykazują zwiększoną akumulację termiczną i spadek napięcia powierzchniowego. Typowe jest samoistne tworzenie się granicy faz z powietrzem wewnątrz rurki. Stan ten ogranicza zarówno maksymalną rozciągliwość, jak i średni czas życia w przypadku ograniczonych ciekłych mostków. Otwarte wodne mostki powierzchniowe mogą zostać rozciągnięte do długości 35 mm przy 35 kV, podczas gdy przy takim napięciu przyspieszającym żaden mostek nie przetrwa w warunkach ograniczenia, ponieważ ciecz przechodzi preferencyjnie w tryb elektrosprayu. Podobnie wodne mostki o wolnej powierzchni wykazują stabilność sięgającą 10 hr w kontrolowanych warunkach, podczas gdy w systemach zasilanych rurkami czas życia jest zazwyczaj krótszy niż 2 hr.
Zjawiska EHD są zazwyczaj rozważane jedynie na poziomie kontinuum. Przeprowadzono ograniczoną liczbę badań nad podstawami molekularnymi mostków cieczowych. Badanie Ramanowskie42 z wykorzystaniem pionowych mostków AC zbadało międzycząsteczkowe pasmo rozciągające OH w porównaniu do wody w objętości. Wykazano, że niektóre zmiany w profilach rozproszenia po przyłożeniu pola elektrycznego mają pochodzenie strukturalne. Wykorzystując ultraszybką spektroskopię pompowej i sondującej w średniej podczerwieni na pływającym mostku wodnym43, stwierdzono, że czas życia wibracyjnego drgań rozciągających OH cząsteczek HDO zawartych w mostku wodnym HDO:D2O jest krótszy (630 ± 50 fsec) niż dla cząsteczek HDO w objętościowym HDO:D2O (740 ± 40 fsec), podczas gdy w przeciwieństwie do tego, dynamika termalizacji następująca po relaksacji wibracyjnej jest znacznie wolniejsza (1,500 ± 400 fsec) niż w objętościowym HDO:D2O (250 ± 90 fsec). Te różnice w dynamice relaksacji energii silnie wskazują, że mostek wodny i woda w objętości różnią się w skali molekularnej. Co więcej, badania nad emisją podczerwieni pływającego mostka wodnego ujawniły cechę nietermalną, która może wynikać z przejścia ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego pasma przewodnictwa protonowego44. Inne, nowsze badanie Ramanowskie wskazało, że w mostkach wodnych DC występuje rozkład radialny w widmach, który świadczy o względnej różnicy w lokalnym pH między rdzeniem a zewnętrzną powłoką mostka45. Rozkład radialny charakterystyk fizycznych wewnątrz cieczowych mostków EHD jest dodatkowo potwierdzony eksperymentami nieelastycznego rozpraszania UV46, które dają sprzeczne rozkłady radialne w profilach temperatury i gęstości, co można wyjaśnić albo gradientem stopni swobody molekularnych, albo obecnością fazy wtórnej w postaci nanobąbelków. Ta ostatnia koncepcja nie znajduje potwierdzenia w badaniu rozpraszania rentgenowskiego pod małym kątem47, podczas gdy koncepcja utrudzonego obrotu (i.e. libracji) jest wspierana przez widma emisji podczerwieni44. Preferowany kierunek przepływu w cieczowych mostkach EHD wynika ze zmian w kinetyce autodysocjacji. Zgodnie z pracami Onsagera, odkrycie to daje nadzieję na powiązanie zjawisk na poziomie molekularnym i kontinuum22. Dalszy dowód na molekularne podstawy zjawisk EHD znajduje się w obserwacji, że emisja termiczna z kropli dielektryka maleje lokalnie w odpowiedzi na zwiększające się pole elektryczne i osiąga minimum tuż przed powstaniem mostka (patrz Rycina 7).
Kładki cieczowe EHD dają możliwość zbadania oddziaływań między siłami w wielu skalach długości, a szczególnym celem niniejszej pracy jest opracowanie znormalizowanej metody wytwarzania tego rodzaju kładek w wielu cieczach o dowolnej orientacji względem grawitacji, co umożliwia wystąpienie pełnego zestawu charakterystycznych zjawisk omówionych powyżej.

<table><tbody><tr><td>Naczynia do krystalizacji borokrzemianów</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Dwuścienna kolba okrągłodenna z otworami GL14 i GL8 wraz z kulistym portem przegubowym 6 mm</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Niestandardowe szkło z minimum dwoma otworami, jeden na elektrodę, jeden na wylewkę mostkową.</td></tr><tr><td>Regulowane platformy</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Etap translacji ruchu</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Kompletny zmotoryzowany stopień, sterownik i zasilacz</td></tr><tr><td>Płyty</td><td></td><td></td> izolacyjne <td>Powinny być odpowiednie do wytrzymania zamierzonych napięć bez przebicia</td></tr><tr><td>Pt Elektrody</td><td>Alfa-Aesar</td><td>000261</td><td>Umyj, a następnie sonicuj w 18.2 M&Omega; woda przed użyciem</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC przy maksymalnej mocy 5 mA</td></tr><tr><td>Światłowodowy system sond temperatury</td><td>OpSens</td><td>OTG-F Sensor / Jednostka sterująca XXX-XXX</td><td>Prędkość odczytu 1 kHz, dokładność 0,01 K, rozmiar sondy 120 &#956; </td></tr><tr><td>m Długofalowa kamera termowizyjna</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Czułość < 30 mK</td></tr><tr><td>Długofalowa kamera termowizyjna</td><td>FLIR</td><td>FLIR 620</td><td>30 FPS 640 x 480 pikseli Czułość do < 45 mK</td></tr><tr><td>Dwuzakresowa średnio- i długofalowa kamera termowizyjna</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Aparat cyfrowy Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Używany zarówno do wideo, jak i nieruchomych klatek</td></tr><tr><td>Statyw</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&Omega; Zaleta Water</td><td>Milli-Q</td><td></td><td>Odczekaj 24 godziny na zrównoważenie po rozlaniu do przezroczystych butelek borokrzemianowych</td></tr><tr><td>Metanol odwodniony mniej niż 0,0050% wody AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Przechowywać w suchym miejscu, aż będzie potrzebny</td></tr><tr><td>Glicerol bezwodny do syntezy</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Przechowywać w suchym miejscu, aż będzie potrzebny</td></tr><tr><td>. Dimetylosulfotlenek, klasa ACS</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Przechowywać w suchym miejscu, aż będzie potrzebna</td></tr></tbody></table>

otrzymywanie mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Poziome i pionowe mostki cieczowe są prostymi i potężnymi narzędziami do badania interakcji pól elektrycznych o wysokim natężeniu (8-20 kV/cm) i polarnych cieczy dielektrycznych. Mosty te różnią się od mostów kapilarnych tym, że wykazują rozciągliwość powyżej kilku milimetrów, mają złożone dwukierunkowe wzorce przenoszenia masy i emitują promieniowanie podczerwone inne niż Planck. Wiele popularnych rozpuszczalników może tworzyć takie mostki, a także roztwory o niskiej przewodności i zawiesiny koloidalne. Zachowanie makroskopowe jest regulowane przez elektrohydrodynamikę i zapewnia sposób badania zjawisk przepływu płynów bez obecności sztywnych ścian. Przed pojawieniem się mostka cieczowego można zaobserwować kilka ważnych zjawisk, w tym postępującą wysokość łąkotki (elektrozwilżanie), krążenie płynu w dużej objętości (efekt Sumoto) i wyrzucanie naładowanych kropel (elektrorozpylanie). Interakcja między siłami powierzchniowymi, polaryzacyjnymi i przemieszczeniowymi może być bezpośrednio badana poprzez zmianę przyłożonego napięcia i długości mostka. Pole elektryczne, wspomagane przez grawitację, stabilizuje mostek cieczowy przed niestabilnością Płaskowyżu Rayleigha. Przedstawiono budowę podstawowej aparatury zarówno do orientacji pionowej, jak i poziomej wraz z przykładami operacyjnymi, w tym obrazami termograficznymi, dla trzech cieczy (np. wody, DMSO i glicerolu).

Poziome i pionowe elektrohydrodynamiczne mostki cieczowe są prostymi i potężnymi narzędziami do badania interakcji pól elektrycznych o wysokim natężeniu i polarnych cieczy dielektrycznych. Przedstawiono budowę podstawowej aparatury oraz przykłady działania, w tym obrazy termograficzne, dla trzech cieczy (np. wody, DMSO i glicerolu).

Otrzymywanie mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Ogólnym celem tej procedury jest stworzenie i zbadanie elektrohydrodynamicznych mostków cieczowych między dwoma pojemnikami wypełnionymi czystą cieczą polarną. Osiąga się to poprzez najpierw umieszczenie dwóch zlewek na platformach izolacyjnych, zbliżenie ich i napełnienie czystą cieczą polarną. Drugim krokiem jest zanurzenie elektrod z czystej platyny w każdej ze zlewek.Następnie między elektrodami przykładane jest napięcie stałe o napięciu około 15 kilowoltów, które tworzy płynny mostek między zlewkami. Ostatnim krokiem jest oddzielenie zlewek o kilka centymetrów, aby stworzyć swobodnie wiszące połączenie z cieczą. Ostatecznie eksperymenty te pokazują, że te płynne mostki mają dobrze zdefiniowaną stabilność operacyjną, mają złożone wzorce przepływu i emitują promieniowanie cieplne w oparciu o zapis wideo z dużą prędkością, w świetle widzialnym i w podczerwieni.Implikacje tej techniki rozciągają się na nauki o środowisku, technologię procesową i mikrobiologię, ponieważ pola elektryczne o tej samej wielkości są powszechnie spotykane w przyrodzie i mogą być wykorzystywane w produkcji zaawansowanych materiałów. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w wodę, fizykę, chemię i biologię, może być również zastosowana do innych systemów. Alkohole, DMO, aceton, glicerol, dowolna ciecz o silnym trwałym momencie dipolowym i niskiej przewodności.Przygotuj się do przygotowania eksperymentu, zakładając jednorazowe rękawiczki bezpudrowe, aby zapobiec zanieczyszczeniu aparatu. Następnie sprawdź, czy wszystkie powierzchnie, które będą miały kontakt z cieczą objętą badaniem, są czyste. W tym filmie skupimy się na poziomym systemie mostów składającym się z dwóch platform o regulowanej wysokości na równej, nieprzewodzącej powierzchni.Obie platformy powinny mieć tę samą wysokość, przy czym jedna platforma powinna być zamocowana na miejscu. Druga platforma jest zamontowana na zmotoryzowanym stoliku liniowym, który może przejechać co najmniej 25 milimetrów w poziomie. Izolacyjny arkusz akrylowy jest przymocowany do górnej części każdej platformy tak, aby zwisał z niej co najmniej 10 milimetrów ze wszystkich stron.Arkusze są wystarczająco grube, aby zapobiec przebiciu przy planowanym napięciu maksymalnym. Teraz przygotuj aparaturę elektryczną. Zacznij od prawidłowo podłączonego zasilacza wysokonapięciowego z wyłączonym wyjściem.Uzyskaj przewód wysokiego napięcia i przewód uziemiający, każdy z zaciskiem krokodylkowym przylutowanym do jednego końca. Podłącz jeden przewód do każdego z zacisków wysokiego napięcia i uziemienia zasilacza, utrzymując zaciski krokodylkowe wolne. Następnie zbuduj podpory dla elektrod nad każdą platformą.Dla każdego wspornika zacisk sztywny pręt izolacyjny do stojaka pierścieniowego, tak aby pręt rozciągał się poziomo nad platformą. Umieść przewód wysokiego napięcia na wsporniku stałej platformy. Przymocuj drut na wsporniku tak, aby zacisk krokodylkowy był zawieszony nad platformą.Zabezpiecz przewód uziemiający na drugim wsporniku tak, aby zacisk krokodylkowy był zawieszony nad ruchomą platformą. Następnie przymocuj platynową elektrodę o czystości większej niż 99% do zacisku krokodylkowego z przewodem uziemiającym. Podłącz identyczną elektrodę platynową do przewodu wysokiego napięcia.Kolejnym krokiem jest wprowadzenie tutaj płynu, wody dejonizowanej. W tym eksperymencie wykorzystuje się dwie 60-mililitrowe naczynia krystalizujące do przechowywania cieczy. Przed kontynuowaniem napełnij każde naczynie z dokładnością do jednego do pięciu milimetrów od krawędzi, około 67 gramów wody.Użyj miernika przewodności, aby upewnić się, że przewodność jest mniejsza niż jeden mikrosiemens na centymetr. Gdy będziesz gotowy, umieść po jednym naczyniu na każdej z platform izolacyjnych. Ułóż je tak, aby fizycznie stykały się ze sobą w jednym miejscu, w tym przypadku przy wylewkach.Następnie wyreguluj wysokość platformy tak, aby ciecz stykała się tylko z platynowymi elektrodami, a nie z zaciskami krokodylkowymi lub drutami. Następnie umieść elektrody platynowe w naczyniach wypełnionych cieczą tak, aby znajdowały się co najmniej 15 milimetrów od pozycji kontaktu, w której w razie potrzeby utworzy się mostek. Zwilż końcówkę pipety w płynie i użyj jej do zwilżenia dziobków jako pomocy w zniwelowaniu zapłonu.Przed podłączeniem zasilania do eksperymentu sprawdź jego bezpieczeństwo elektryczne. Upewnij się również, że wszystkie powierzchnie są suche i że na platformach izolacyjnych nie ma płynu. Gdy wyjście zasilacza jest nadal wyłączone, skonfiguruj je do eksperymentu.Ustaw limit prądu tak, aby zapewnić nie więcej niż pięć do sześciu miliamperów prądu. Upewnij się również, że zasilacz jest ustawiony na dostarczanie zerowego napięcia. Następnie włącz wyjście zasilacza i powoli zwiększaj limit napięcia z szybkością około 250 woltów na sekundę.Monitoruj naczynia i obserwuj, kiedy następuje zapłon mostka. Napięcie, przy którym to się dzieje, jest przybliżonym progiem zapłonu. Potwierdź zapłon mostka, obserwując stały strumień cieczy przepływający między dwoma naczyniami.Ten film z podobnego eksperymentu z dużą prędkością przedstawia przykład zapłonu mostka i ustanowienia stałego przepływu. Teraz, w zależności od cieczy, zwiększ napięcie do 10 do 15 kilowoltów, a prąd do około 1000 miliamperów, aby dostroić mostek do przedłużenia. Po wykonaniu tej czynności należy użyć etapu translacyjnego, aby przesunąć statek połączony z terminalem naziemnym.Przesuń naczynie tak, aby most był przedłużony o jeden milimetr na kilowolt przyłożonego napięcia do 25 milimetrów w ciągu 30 do 60 sekund. W razie potrzeby można dokonać dalszego strojenia. Wydłużenie mostu zostało zademonstrowane w tym klipie wideo z porównywalnego eksperymentu.Stabilny most może trwać przez wiele godzin, aby zgasić mostek, wyłączyć wyjście zasilacza wysokiego napięcia i poczekać kilka sekund, aż kondensatory się rozładują. Podnieś martwy drążek i podejdź do systemu. Użyj martwego drążka, aby zewrzeć uchwyty elektrod.Po wykonaniu tej czynności można bezpiecznie obchodzić się z wcześniej wykreślonymi częściami pod napięciem. Oto zależność napięcia prądowego dla mostków poziomych w ciekłej wodzie. Mostki te uzyskano z odstępami 0, 5, 10 i 15 milimetrów, ponieważ napięcie było narastane od zera.Obszar stabilności jest ograniczony dolnym progiem, poniżej którego nie utworzy się mostek cieczowy, oraz górnym progiem, powyżej którego mosty są niestabilne. Wstawki oznaczone od pierwszego do czwartego pokazują pęknięcie 15-milimetrowego mostu za górnym progiem. Większość mostów o przedłużeniu pięciu milimetrów lub więcej ma całkowite rozproszenie mocy od 10 do 20 watów.Na tym filmie termograficznym poziomy most wodny jest zapalany w systemie, w którym początkowa separacja wynosi zero milimetrów. Po ustabilizowaniu mostu przepływ prądu prowadzi do pęcznienia do średnicy kilku milimetrów. Gdy mostek jest przedłużony, średnica ulega wahaniom o niskiej częstotliwości.Widzialne fale powierzchniowe dostarczają dowodów na oscylacje o wysokiej częstotliwości w systemie. Gdy system nie jest już zasilany, mostek zmniejsza swoją średnicę. W końcu niestabilności przerywają most i tworzą ciąg kropel, które migrują w polu elektrycznym po jego powstaniu.Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się technologią wodną do zbadania, w jaki sposób pola elektromagnetyczne wpływają na jakość wody. Most sam w sobie jest laboratorium i otwiera nowe, niedostępne wcześniej możliwości. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak stworzyć poziomy pływający most cieczowy, a tym samym nowy stan ciekły do eksperymentowania, jak opisano w manuskrypcie, mosty te można również tworzyć pionowo.

the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Planarne dwuwarstwy lipidowe, nazywane również sztucznymi dwuwarstwami lipidowymi, pozwalają na badanie kanałów przewodzących jony w ściśle określonym środowisku. W niniejszym materiale prezentujemy poszczególne kroki niezbędne do przygotowania komory do dwuwarstw, elektrod oraz sposób sprawdzenia, czy dwuwarstwa nadaje się do pomiarów pojedynczych kanałów.

Przygotowanie sztucznych dwuwarstw do eksperymentów elektrofizjologicznych

Dielektroforeza (DEP) jest skuteczną metodą manipulowania komórkami. Płytki drukowane (PCB) mogą stanowić niedrogie, wielokrotnego użytku i wydajne elektrody do bezkontaktowego manipulowania komórkami w urządzeniach mikroprzepływowych. Poprzez połączenie kanałów mikroprzepływowych opartych na PDMS z szkiełkami nakrywowymi na płytkach PCB, demonstrujemy manipulację i separację kulek oraz komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych.

Separacja kulek i komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych z wykorzystaniem dielektroforezy i przepływu laminarnego

Baterie litowo-jonowe wykorzystują łatwopalne i lotne elektrolity organiczne, które są odpowiednie do zastosowań w temperaturze otoczenia. Bezpieczniejszą alternatywą dla elektrolitów organicznych są akumulatory polimerowe ze stali kości. Akumulatory polimerowe działają bezpiecznie w wysokich temperaturach (&gt;120 °C), dzięki czemu można je stosować w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak głębokie wiercenia ropy naftowej i hybrydowe pojazdy elektryczne. W tym artykule omówiono (a)...

Elektrolity z kopolimeru kopolimeru w stanie stałym do zastosowań w bateriach litowych

W tym artykule opisujemy różne techniki dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływów. Proponowane techniki opierają się na epoksydach wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe (UV) i utwardzanych temperaturowo, rurkach na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS), łączeniu drutem i anizotropowych foliach adhezyjnych. Przedstawione procedury montażu zostały opracowane zarówno dla urządzeń jednorazowego użytku, jak i systemów mikroprzepływowych wielokrotnego użytku.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

Przedstawiono procedurę tworzenia i obrazowania mostków kapilarnych w geometrii szczelinowo-porowej. Tworzenie mostków kapilarnych polega na tworzeniu filarów w celu zapewnienia kierunkowej niejednorodności fizycznej i chemicznej w celu przypięcia płynu.  Mostki kapilarne są formowane i manipulowane za pomocą mikroetapów i wizualizowane za pomocą kamery CCD.

Wykonanie i wizualizacja mostków kapilarnych w geometrii porów szczelinowych

Platforma elektroporacji wspomagana wirami mikroprzepływowymi została opracowana do sekwencyjnego dostarczania wielu cząsteczek do identycznych populacji komórek z precyzyjną i niezależną kontrolą dawkowania. Etap oczyszczania komórek docelowych w oparciu o rozmiar, poprzedzający elektroporację, przyczynił się do zwiększenia wydajności dostarczania molekularnego i żywotności komórek przetworzonych.

Mikroskalowy elektroporator wspomagany wirami do sekwencyjnego dostarczania molekularnego

Proponujemy prostą technikę samoorganizacji koloidalnych nanocząstek krzemionki w celu stworzenia nanofluidycznego połączenia między dwoma mikrokanałami w polidimetylosiloksanie (PDMS). Korzystając z tej techniki, nanoporowatą membranę perełkową o wielkości porów do ~45 nm wbudowano w mikrokanał i zastosowano do elektrokinetycznego wstępnego zagęszczenia próbek DNA.

Tworzenie połączeń nanofluidycznych poniżej 50 nm w chipie mikroprzepływowym PDMS poprzez proces samoorganizacji cząstek koloidalnych

Demonstrujemy system tworzenia dwuwarstwowych lipidów, który można przechowywać, przenośny. Dwuwarstwowa błona lipidowa może powstać w ciągu 1 godziny z ponad 80% skutecznością, gdy zamrożony prekursor błony zostanie doprowadzony do temperatury otoczenia. System ten ograniczy pracochłonne procesy i wiedzę specjalistyczną związaną z kanałami jonowymi.

Zautomatyzowane tworzenie dwuwarstwowej błony lipidowej za pomocą cienkiej warstwy polidimetylosiloksanu

Opisano protokół dla nowatorskiej platformy polaryzacji stężenia jonów (ICP), która może zatrzymać rozprzestrzenianie się strefy ICP, niezależnie od warunków pracy. Ta unikalna zdolność platformy polega na wykorzystaniu łączącego się zubożenia i wzbogacania jonów, które są dwiema biegunowościami zjawiska ICP.

Łączenie polaryzacji stężenia jonów między zestawionymi membranami jonowymiennymi w celu zablokowania propagacji strefy polaryzacji

Rektyfikacja ścieżek transportu jonów jest skuteczną metodą generowania jednokierunkowych przepływów elektrohydrodynamicznych ciągniętych jonami. Poprzez ustawienie membrany jonowymiennej w kanale przepływowym, generowany jest stan spolaryzowany elektrycznie, który powoduje napędzanie przepływu cieczy, gdy pole elektryczne jest przyłożone na zewnątrz.

Wytwarzanie i sterowanie przepływami elektrohydrodynamicznymi w wodnych roztworach elektrolitów

Ten protokół opisuje projektowanie i produkcję mostu wodnego oraz jego aktywację jako włókna wodnego. Eksperyment pokazuje, że rezonanse kapilarne włókna wodnego modulują jego transmisję optyczną.

Projekt i wykonanie światłowodu wodnego

Poznaj metodę tworzenia mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych przy użyciu elektrod platynowych i wysokiego napięcia. Technika ta pozwala badać stabilność i wzorce przepływu cieczy w polu elektrycznym.

Otrzymywanie mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych

Przeglądaj więcej filmów