Name: Geração e controle de Electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Aprenda a gerar fluxos eletrohidrodinâmicos controlados em soluções aquosas usando membranas de troca iônica. Este método permite estudar o transporte de íons em espaços confinados para pesquisa em microfluidos.

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Os autores têm sem confirmações.

1. EHD fluxo induzido pelo transporte de íon retificado
<ol><li>Desenvolvimento de um dispositivo de canal de fluxo para rectificar as vias de transporte de íons
	<ol>
<li>Fazer um molde PTFE do reservatório:<ol>
<li>Cortar uma 13 x 30 x 10 molde de3 mm de um bloco de politetrafluoretileno (PTFE) usando uma máquina de trituração (ver Figura 2). Em alternativa, adquira um produto feito sob medido.</li>
			<li>Placas de acrílico de 15 x 18 x 1 mm3 em ambas as extremidades do molde de PTFE com um adesivo de plástico, que irá fazer fendas no reservatório para acertar os polarização eletrodos de aderir. Estas peças podem ser cortadas de um prato grande ou compradas.</li>
			<li>Respeitar as placas de acrílico de 13 x 30 x 1 mm3 nas superfícies superior e inferior do molde de PTFE com um adesivo plástico tornar superfícies planas para observação clara.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Misture um agente do silicone de elastômero base e cura na proporção de 10:1 em um tubo de 50 mL e agitar o tubo com a mão.</li>
		<li>Resolver o PDMS líquido em um recipiente a vácuo e desgaseificá-lo usando uma bomba rotativa.</li>
		<li>Retire o tubo do vaso. Despeje o PDMS um 40 x 50 x 24 mm3 plástico navio para moldar a forma exterior do reservatório e coloque o molde do reservatório (ver passo 1.1.1) nele.</li>
		<li>Asse o corpo inteiro do líquido PDMS em uma chapa de fogão a 80 ° C, durante cerca de 4 h.</li>
		<li>Depois a cozer, isole o reservatório PDMS partir o molde PTFE e o navio exterior à mão. Faça um corte em todo o centro do reservatório, usando uma faca cirúrgica. Isto será usado para colocar as bordas de uma membrana de troca aniónica (preparado na etapa 1.1.16) usando uma pinça. Nota: O reservatório PDMS é cheio de soluções de eletrólitos mais tarde, como mostrado na Figura 2.</li>
		<li>Obter placas de vidro (feitas por encomenda especial) com uma forma circular de 18 mm de diâmetro ou em um quadrado com arestas de 18 mm.</li>
		<li>Lave as placas de vidro embebendo-os em acetona, etanol e água pura (nessa ordem) em um banho de ultrasonication para 15 min cada.</li>
		<li>Qualquer líquido residual com uma pistola de ar de sopro ou aquecer as placas de vidro com uma placa de aquecimento durante 5 min à cerca de 473 K.</li>
		<li>Usando a frequência de rádio que sputtering, revestir a superfície de vidro com Cr ou Ti exposta ao plasma de Ar por 1 min em 75 W e sucessivamente, depositar uma película fina de Au por 5 min em 75 W, definindo a espessura de aproximadamente 100 nm. Nota: Antes do revestimento da superfície de vidro com os metais de alvo, as amostras foram definidas em uma câmara de vácuo que foi evacuada com uma bomba giratória e uma bomba de difusão molecular, até que a pressão diminuiu para 1 x 10− 2 PA.</li>
		<li>Solde uma pista sobre a superfície do eletrodo Au usando um ferro de solda. Nota: A forma do eletrodo Au possivelmente pode ser substituída por quadrados e fios helicoidais, manutenção de áreas de superfície grandes o suficiente para gerar correntes iônicas.</li>
		<li>Com uma pinça, defina as placas de vidro revestidas com uma película fina de Au em ambas as extremidades do reservatório. Estes são os eletrodos de viés.</li>
		<li>Corte uma membrana de troca aniónica em uma forma retangular de 20 x 18 mm2 , usando a tesoura. Uma superfície de 13 mm de largura e 10 mm de altura é exposta a um líquido. Aqui, um estilete ou uma faca cirúrgica também pode ser usada para cortar a membrana.</li>
		<li>Corte um pedaço retangular de 3 x 5,5 mm2 de uma borda da membrana com uma tesoura. Nota: A espessura da membrana permutadora é 220 µm. A membrana é facilmente cortada com uma tesoura ou um estilete. As bordas da membrana são parcialmente corrigidas com as fendas na câmara.</li>
		<li>Solidificar um bloco PDMS com uma vareta de aço inoxidável de seção2 1 x 1 mm da mesma forma como em passos 1.1.4 - 1.1.5, para criar um canal de fluxo que penetra a membrana. Deixe a construção durante a noite e em seguida, puxe a vareta de aço inoxidável fora do bloco PDMS.</li>
		<li>Cortar o PDMS bloco com um canal de fluxo quadrado em um 3 x 6 x 4,5 mm peça (ver Figura 2) usando uma faca cirúrgica. Faça fendas ao longo das bordas exteriores e, em seguida, anexá-lo à membrana dentro o recorte retangular. Nota: A face superior do canal deve ser definido horizontalmente para uma clara observação das partículas no fluxo canal através de parede transparente.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparação de soluções e pré-tratamentos para experimentos
	<ol>
<li>Prepare soluções aquosas de NaOH em concentrações de 1 x 10− 1, 1 x 10− 2e 1 x 10− 3 mol/L diluindo a solução-mãe.</li>
		<li>Fazer em média uma dispersão de partículas de poliestireno de 2,93 µm de diâmetro em cada uma das soluções de NaOH preparadas na etapa 1.2.1 definindo a concentração para 4.2 x 10− 3 vol %. Nota: O tamanho das partículas de rastreamento pode ser alterado adequadamente para melhorar observabilidade.</li>
		<li>Ultrasonicate da membrana formatado permutadora de 20 x 18 mm2 com uma fenda de 3 x 5,5 mm2 2 x por 10 min em água pura a uma potência de 100 w.</li>
		<li>Com uma pinça, defina a membrana de troca aniónica com o canal de fluxo PDMS para o reservatório PDMS. Encha o reservatório com 4 mL de solução de NaOH usando uma micropipeta. Nota: O canal de superfície e fluxo de membrana estão imersos na solução, onde a superfície da membrana exposta à solução é pelo menos 100 x maior do que a seção transversal do canal de fluxo.</li>
		<li>Aplica um potencial elétrico de 2.2 V usando uma fonte de alimentação de DC em direções para a frente e para trás por 2 h em série, para melhorar a condutividade da membrana antes de observação.</li>
		<li>Retire os eletrodos Au com uma pinça. Remova a solução de reservatórios utilizando uma micropipeta.</li>
		<li>Defina novos eletrodos Au dos reservatórios com uma pinça. Encha os reservatórios com 4 mL de solução de NaOH usando uma micropipeta. Inicie as observações quando a solução é incubada. Nota: Pode levar alguns minutos de tempo de espera até que a convecção natural acalme, que pode ser julgado por observar o comportamento de partículas de traçador.</li>
	</ol></li>
	<li>Sistemas de instalação e medição experimentais
	<ol>
<li>Definir a taxa de quadros e o tempo de exposição de uma câmera de alta velocidade metal-óxido-semicondutor complementar (CMOS) para 500 fps e 1 ms, respectivamente. Nota: Conforme mostrado na Figura 1, o dispositivo experimental situa-se no palco de um microscópio, conectado a uma câmera CMOS de alta velocidade para gravar os movimentos de partículas. A vista é ampliada em um monitor com uma lente de 100 X 15.</li>
		<li>Remova quaisquer bolhas do canal, inserindo a ponta de uma micropipeta no final canal para empurrar ou puxar para fora, antes de aplicar um potencial elétrico.</li>
		<li>Externamente, aplica um potencial elétrico de 2.2 V para os eletrodos de viés Au. Monitore simultaneamente as respostas elétricas usando um potentiostat ou uma fonte de alimentação DC com um multímetro digital. Nota: O valor de tensão é determinado como o limite superior, evitando a electrólise da água que gera O2 e H2 bolhas na solução.</li>
		<li>Registre o comportamento das partículas traçador no computador.</li>
		<li>Medir uma diferença de potencial elétrica entre ambas as extremidades do canal de fluxo, usando eletrodos de sonda Au e um multímetro digital para confirmar que o gradiente de concentração de íons desencadeia um fluxo de DHE38,39.</li>
		<li>Determine a origem do sistema de coordenadas cartesianas no centro do canal. Nota: O x- axis é na direção longitudinal do canal do fluxo e o y- e z-eixos são nas direções horizontais e verticais em secção transversal do canal, respectivamente, como mostrado na Figura 2. O canal PDMS transparente permite que o líquido passa a ser visualizado ao longo do x-axis. A vista é focada no plano XY em z = 0, controlando a profundidade de foco. Os dados de fluxo são independentes de x na seção teste exceto perto de entrada e saída do canal, e o ponto de observação é fixado em cerca de 0,75 mm a jusante da origem, tal que x = 0,75, y = 0 e z = 0 mm.</li>
		<li>Depois de uma única medição (de 15 s), os eletrodos de curto-circuito, ligando-os aos outros com uma pista por 20 min até que a solução é incubada.</li>
		<li>Em seguida, mover a totalidade da solução para outro recipiente (por exemplo, um frasco de amostra de 10 mL) e agite-o com uma micropipeta.</li>
		<li>Despeje a solução agitou a câmara novamente usando uma micropipeta quando executa iterativamente a experiência. Nota: Após a observação, a velocidade de fluxo EHD é avaliada usando a partícula image velocimetry (PIV) método39, que pode ser feito usando o software apropriado para rastrear o deslocamento de partículas e avaliar numericamente a velocidade. Uma explicação detalhada dos métodos PIV e como usá-los é omitida aqui porque análises PIV têm sido amplamente utilizadas e os procedimentos de cálculos dependem do software e sistema operacional que está sendo usado.</li>
	</ol></li>
</ol>2. a observação dos fluxos EHD induzida em cátion
<ol><li>
Desenvolvimento de dispositivo experimental
	<ol>
<li>Forma eletrodos de viés Au com uma superfície de2 26 x 10 mm na placa de vidro de fundo de acordo com procedimentos semelhantes aos descritos anteriormente em etapas 1.1.5 - 1.1.7.</li>
		<li>Usando a frequência de rádio que sputtering, revestir uma superfície de vidro com Cr ou Ti exposta ao plasma de Ar por 2 min em 75 W e depositar uma película fina de Au por 5 min em 75 w. Nota: Esta forma de eletrodo é determinada fim altamente concentrado campos elétricos na região mais estreita do canal. A relação da superfície do eletrodo, cuja área de 10 x 10 mm2 é exposta a um líquido, para a seção transversal do canal é idealmente 100: 1; Esta relação está prevista para ser suficiente para soltar o potencial elétrico do canal por uma grande quantidade de16.</li>
		<li>Solde uma linha de chumbo para uma aresta dos eletrodos, usando um ferro de solda.</li>
		<li>De uma folha de borracha de silicone grande, cortada em 2 câmaras, cada uma composta de um 1 x 1 x 1 canal de fluxo de3 mm colocados entre reservatórios de3 2 10 x 10 x 1 mm, usando uma faca cirúrgica (ver Figura 3). Estas peças podem ser substituídas por PDMS.</li>
		<li>Recortar uma membrana de permuta catiónica com espessura média de 127 µm a 20 x 30 mm, usando um estilete ou uma faca cirúrgica, como mostrado na Figura 3.</li>
		<li>Ultrasonicate cada parte em água pura por 15 min, aplicando 100 W.</li>
		<li>Inserir uma membrana de permuta catiónica entre as câmaras usando uma pinça, como mostrado na Figura 3. Isto separará 2 soluções de eletrólitos de diferentes concentrações.</li>
		<li>Pressione e selar a pilha das câmaras e membrana de permuta catiónica com placas de vidro, cujas dimensões são 26 milímetros de largura e 38 mm de comprimento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparação das soluções
	<ol>
<li>Preparar uma dispersão de partículas de poliestireno do diâmetro médio de 1,01 µm em um 1 x 10− 2 mol/L tris (hidroximetil) aminometano etilenodiaminotetracético ácido (Tris-EDTA) solução tampão, onde a relação do volume é ajustada a 1 x 10 − 2 de % vol.</li>
		<li>Prepare uma mistura de 1 mol/L de KCl e 1 x 10− 2 mol/L de Tris-EDTA.</li>
		<li>Injetar a partícula de Tris-EDTA/poliestireno e as soluções de Tris-EDTA/KCl as câmaras superiores e inferiores, respectivamente, através de agulhas de seringa inserido da parede lateral das câmaras. Nota: A quantidade das soluções injetado em cada câmara é de cerca de 210 µ l.</li>
		<li>Espere por cerca de 18 h, até que a solução é equilibrada como resultado de uma difusão dos íons para relaxar a diferença de concentração iônica entre as camadas superiores e inferiores. Nota: No processo de difusão, K+ na solução superior e H+ na membrana são esperados para penetrar a membrana primeiro e Cl− é esperado para segui-los.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sistemas de instalação e medição experimentais
	<ol>
<li>Defina o dispositivo experimental desenvolvido no passo 2.1 no palco do microscópio invertido com a mão, como mostrado na Figura 3. Conecte uma câmera CMOS de alta velocidade para monitorar as trajetórias dos movimentos das partículas e gravar os dados de observação em um computador, o microscópio.</li>
		<li>Aplicar uma diferença de potencial elétrica de 2 V para 6 s entre os dois eletrodos, usando um gerador de função como fonte de energia.</li>
		<li>Para confirmar que os fluxos EHD são induzidos por transporte de iões, medir as correntes ionic, simultaneamente, usando um amperímetro de40.</li>
		<li>Analise as trajetórias gravadas das partículas pela partícula velocimetry (PTV) método39de rastreamento. Nota: Após as observações, a velocidade de fluxo EHD é avaliada pelo método de PTV, que é possível usando o software apropriado, para rastrear o deslocamento de partículas e avaliar numericamente a velocidade. Uma explicação detalhada dos métodos de PTV e como usá-los é omitida aqui porque análises de PTV foram amplamente utilizadas e os procedimentos de computações dependem do software e sistema operacional que está sendo usado.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Doi, K., Yano, A., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp5071538">Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).</li>
<li>Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.7567/JJAP.56.097201/meta">Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201(2017).</li>
<li>Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/8012171/">Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions.</a> Micro & Nano Letters. 12, 526-531 (2017).</li>
<li>Doi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonequilibrium+ionic+response+of+biased+mechanically+controllable+break+junction+%28MCBJ%29+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

O objetivo deste estudo foi separar os cátions e ânions em solução aquosa, em termos de números de transportes e distribuições espaciais. Usando uma membrana de troca aniónica, o transporte de ânions e cátions pode ser retificado na membrana e em um canal de fluxo que penetra a membrana, respectivamente. Alternativamente, uma membrana de permuta catiónica que separados, alta e baixa, soluções de concentração trabalhou para gerar soluções eletricamente polarizadas após um considerável tempo de espera. Como resultado, rect...

Recentemente, técnicas de controle de vazão de líquidos têm atraído muita atenção por causa de juros nas aplicações de microe nanofluidos dispositivos1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15. em soluções polares, tais como soluções aquosas e líquidos iônicos, íons e eletricamente partículas carregadas geralmente trazem sobre cargas elétricas em fluxos líquidos. O transporte de tais partículas polarizadas fornece uma expansão de várias aplicações, tais como manipulação de único-molécula6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17,1812,dispositivos do diodo íon e o fluxo líquido de controle19,20,21,22. Fluxo de DHE desde um fenômeno aplicável para sistemas de controle de vazão de líquidos Stuetzer1,2 inventou a bomba de arraste de íons. Melcher e Taylor3 publicou um artigo importante em que o quadro teórico de fluxo EHD bem foi revisado e algumas experiências de destaque também foram demonstradas. Saville4 e seus colegas de trabalho23,24 contribuíram para a expansão do seguinte das tecnologias EHD em líquidos. No entanto, houve algumas limitações para induzir fluxos líquidos, impulsionados por forças elétricas, porque dezenas de kV têm de ser aplicadas em líquidos para injetar as cargas elétricas nas soluções não-polares, tais como óleos, polarizar os1,2 , 3. esta é uma desvantagem para soluções aquosas, porque a electrólise da água que é induzido por um potencial elétrico superior 1,23 V altera as características das soluções e faz com que as soluções instáveis.
Em canais de microe nanofluidos, cargas de superfície das paredes do canal causam a concentração dos counterions que efetivamente induzir fluxos de electroosmotic (EOFs) sob aplicados externamente campos elétricos25,26,27 ,28,29. Usando EOFs, algumas técnicas de bombeamento de líquido foram aplicadas em soluções aquosas, reduzindo as tensões elétricas30,31,32. Por outro lado, EOFs limitam-se a ser gerado no micro e nanospaces, em que áreas de superfície se tornam mais dominantes que volumes de líquido. Além disso, dependendo do transporte de íons altamente concentrados de muito perto as superfícies de parede, tais como em camadas dobro elétricas, o limite de deslizamento só faz com que o fluxo de líquido, que pode não ser suficiente para fazer de gradientes de pressão7, 8 , 22 , 26 , 27. fine tuning, tais como dimensões do canal e concentrações de sal, é necessária para as aplicações de EOF. Em contraste, EHD flui impulsionado pelo corpo forças parecem estar disponíveis para o transporte de massas e energias se as tensões de aplicação podem ser reduzidas para evitar a degradação de solventes. Recentemente, alguns pesquisadores sugeriram aplicações de fluxos EHD com baixas tensões33,34,35,36. Embora essas tecnologias ainda não foram implementadas, as fronteiras são esperadas para expandir.
Em estudos anteriores, também foi realizado trabalho experimental e teórico na EHD fluxos em soluções aquosas37,38,39,40. Era suposto que a rectificação de vias de transporte do íon foi eficaz para gerar soluções eletricamente carregadas que causam as forças de corpo elétrico sob campos elétricos. Usando uma membrana de troca iônica e um canal de fluxo que atravessam a membrana, fomos capazes de retificar correntes iônicas. Ao aplicar uma membrana de troca aniónica, cátions concentraram no fluxo do canal arrastou os solventes e desenvolvido um EHD fluxo37,38,39. Uma diferença na mobilidade da espécie iônica foi um fator importante ao separar as correntes catiônicas e aniônicas. Membranas de troca iônica efetivamente trabalharam para modular a mobilidade devido a seletividade de íons. Fenômenos de transporte de íons também foram investigados do ponto de vista da densidade de corrente iônica influenciada pela aplicação de campos elétricos41. Estes estudos têm sido frutíferos para o desenvolvimento de técnicas de manipulação de moléculas simples, ou seja, micro e nanopartículas, cujos movimentos são fortemente afetados por flutuações térmicas11,16,17 . EOFs e EHD fluxos são esperados para expandir a variedade de métodos de controle de fluxo de precisão, bem como gradientes de pressão.
Neste estudo, demonstramos dois métodos para unidade EHD fluxos em soluções aquosas. Em primeiro lugar, uma solução de NaOH é usada para um fluido de trabalho para conduzir um EHD fluxo37,38,39. Uma membrana de troca aniónica separa o líquido em duas partes. Um canal de fluxo do polydimethylsiloxane (PDMS) com uma secção transversal de 1 x 1 mm e um comprimento de 3 mm penetra a membrana. Aplicando um potencial elétrico de 2.2 V, o transporte eletroforético de at+, H+e OH− íons é induzido ao longo de campos elétricos. Uma membrana de troca aniónica e um canal de fluxo trabalham eficazmente para separar as vias de transporte de íons, onde ânions predominantemente passam através da membrana e cátions concentrar-se no canal de fluxo, embora ambas as espécies geralmente se movem em direções opostas, manter o electroneutrality. Assim, tal condição não causa uma força motriz para fluxos líquidos. Essa estrutura é fundamental para gerar um fluxo de DHE, cuja velocidade de fluxo atinge na ordem de 1 mm/s no canal porque altamente concentrada cações aceleradas por campos elétricos externos arrastar moléculas de solventes. EHD fluxos são observados e gravados, usando um microscópio e uma câmera de alta velocidade, como mostrado na Figura 1. Em segundo lugar, uma diferença de concentração entre duas fases líquidas separadas por uma membrana de troca iônica provoca uma condição eletricamente polarizada ser gerado atravessar uma membrana de troca iônica40. Neste estudo, encontramos a importância de um considerável tempo de espera para equilibrar as distribuições de íon e um potencial elétrico correspondente, que causam preferíveis condições aplicar uma força de corpo em um líquido. Atravessando a membrana de troca iônica, é alcançada uma condição fracamente polarizada. Em tal condição, um campo elétrico aplicado externamente induz transporte de íon direcional que gera uma força de corpo em um líquido, e como resultado, a transferência dinâmica de íons para o solvente desenvolve um fluxo EHD.
Como mencionado acima, os dispositivos presentes conseguir diminuir drasticamente a diferença de tensão aplicada a alguns volts, e, portanto, esse método é pode ser usado para soluções aquosas, embora os métodos de injeção de carga elétrica convencional exigido dezenas de kV e limitam-se a um aplicativo para soluções não aquosos.

<table><tbody><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning Corp.</td><td>3097366-0516, 3097358-1004</td><td>PDMS</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>012-00343</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>054-00461</td><td></td></tr><tr><td>0,1 mol/L Solução de hidróxido de sódio</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>196-02195</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de potássio</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>163-03545</td><td></td></tr><tr><td>Tris-EDTA buffer 100x concentrado</td><td>Sigma-Aldrich Co. LLC.</td><td>T9285-10014L</td><td></td></tr><tr><td>2.93 &mu; m partícula de poliestireno</td><td>Merck KGaA</td><td>L300 Rouge</td><td>Tracer partícula</td></tr><tr><td>1.01 &mu; m partícula de poliestireno</td><td>Merck KGaA</td><td>K100(23716)</td>Membrana de troca aniônica de <td>partícula traçadora</td></tr><tr><td></td><td>ASTOM Corp.</td><td>Neosepta AHA</td><td></td></tr><tr><td>Gold (Au)</td> <td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>AUT-13301X</td><td>Pulverização catódica de metal</td></tr><tr><td>alvo Titanium</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>TIT-72301X</td><td>Pulverização catódica de metal alvo</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>CRT-24301X</td><td>Câmera</td></tr><tr><td>CMOS de alta velocidade</td><td>Keyence Corp.</td><td>Microscópio VW-600M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Keyence Corp.</td><td>Registrador de dados VW-9000</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Keyence Corp.</td><td>NR-500, NR-HA08</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de deslocamento a laser</td><td>Keyence Corp.</td><td>LK-G5000, LK-H008W</td><td></td></tr><tr><td>PIV e software PTV</td><td>DITECT Co. Ltd.</td><td>Potenciostato 2D</td><td></td>Flownizer</tr><tr><td></td><td>AMTEK Inc.&nbsp;</td><td>VersaSTAT4</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio invertido</td><td>Olympus Corp.</td><td>IX73</td><td></td></tr><tr><td>Câmera CMOS de alta velocidade</td><td>Andor Technology Ltd.</td><td>Zyla 5.5 sCMOS</td><td></td></tr><tr><td>Gerador de função</td><td>NF Corp.&nbsp;</td><td></td><td></td>WF1945B</tr><tr><td>Gerador de funções</td><td>NF Corp.&nbsp;</td><td>WF1973</td><td></td></tr><tr><td>Limpador ultrassônico</td><td>AS ONE Corp.</td><td></td><td></td>AS22GTU</tr><tr><td>Bomba rotativa</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>G-100S</td><td>Desgaseifica líquido PDMS</td></tr><tr><td>Bomba rotativa</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>GLD-201A</td><td>Pulverização catódica&nbsp;</td></tr><tr><td>Bomba de difusão molecular</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>VPC-400</td><td>pulverização catódica</td></tr></tbody></table>

geração e controle de electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

Para conduzir electrohydrodynamic (DHE) flui em soluções aquosas, a separação das vias de transporte de cátion e ânion é essencial porque uma força dirigida corpo elétrico tem que ser induzida por movimentos iônicos em líquido. Por outro lado, cargas positivas e negativas se atraem, e electroneutrality é mantida em todos os lugares em condições de equilíbrio. Além disso, um aumento em uma tensão aplicada tem de ser suprimido para evitar a electrólise da água, que faz com que as soluções tornar-se instável. Geralmente, EHD fluxos podem ser induzidos em soluções não-aquosas aplicando extremamente altas tensões, como dezenas de kV, para injetar as cargas elétricas. Neste estudo, dois métodos são introduzidos para gerar fluxos EHD induzidos por separações de carga elétrica em soluções aquosas, onde duas fases líquidas são separadas por uma membrana de troca iônica. Devido a uma diferença na mobilidade iônica na membrana, polarização de concentração do íon é induzida entre os dois lados da membrana. Neste estudo, demonstramos dois métodos. (i) o relaxamento de gradientes de concentração iônica ocorre através de um canal de fluxo que penetra uma membrana de troca iônica, onde o transporte das espécies mais lentos na membrana seletivamente se torna dominante no canal de fluxo. Esta é uma força motriz para gerar um fluxo de DHE no líquido. (ii) um longo tempo de espera para a difusão de íons, passando através da membrana de troca iônica permite a geração de um fluxo de iões-arrastado externamente aplicando um campo elétrico. Íons, concentradas-se em um canal de fluxo de2 seção 1 x 1 mm determinam a direção do fluxo de líquido, as vias de transporte eletroforético correspondente. Em ambos os métodos, a diferença de tensão elétrica necessária para uma geração de fluxo EHD é drasticamente reduzida para perto 2 V da retificando as vias de transporte de íons.

Figura 4 (figura a) apresenta um resultado representativo de uma geração de fluxo EHD, resultante da rectificação das vias de transporte de íons e cátions altamente concentrados que induziu um fluxo de líquido no canal, de acordo com a etapa 1 do protocolo. A Figura 5 mostra um resultado da análise de PIV, onde 20 dados pontos perto do centro do canal (y = z = 0 mm) foram em média. No caso da 1 x 10− 1</sup...

A rectificação de vias de transporte do íon é um método eficaz de gerar fluxos de electrohydrodynamic de íon-arrastado unidirecional. Definindo uma membrana de troca iônica em um canal de fluxo, uma condição eletricamente polarizada é gerada e faz com que um fluxo de líquido a ser conduzido quando um campo elétrico é aplicado externamente.

Geração e controle de Electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

Este método pode ajudar a responder a questões-chave nos campos de pesquisa micro e nanofluídica, como a eficácia com que os vazamentos são transportados em espaços estreitos. A principal vantagem dessa técnica é que cátions e ânions, cujas vias de transporte são eletrificadas por meio de uma membrana de troca iônica, conduzem o fluxo eletrohidrodinâmico. Demonstrando os procedimentos estão Ayoko Yano, professora assistente da Universidade de Gunma, que se formou em nosso laboratório, e Fumika Nito, estudante de doutorado em nosso laboratório.Primeiro, cole placas de acrílico em ambas as extremidades de um molde de PTFE com um adesivo plástico, que fará fendas no reservatório para assentar os eletrodos polarizados. Em um tubo de 50 mililitros, misture uma base de elastômero de silicone em agente de cura na proporção de dez para um. Em seguida, coloque um PDMS líquido em um recipiente de vácuo e desgaseifique-o usando uma bomba rotativa.Remova o tubo do recipiente de vácuo. Em seguida, despeje o PDMS em um recipiente de plástico cúbico de 40 por 50 por 24 milímetros, para moldar a forma externa do reservatório e coloque o molde do reservatório nele. Asse todo o corpo do PDMS líquido

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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Geração e controle de Electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito

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