Методическая статья

Метод манипулировать поверхностное натяжение жидкого металла с помощью поверхностного окисления и восстановления

DOI:

10.3791/53567

⸱

26 января 2016 г.

 ,  , 
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы представляем метод управления межфазной энергией жидкого металла в электролите посредством электрохимического осаждения (или удаления) поверхностного оксидного слоя. Этот простой метод позволяет управлять капиллярным поведением жидких металлов на основе галлия путем быстрой, значительной и обратимой настройки межфазной энергии с использованием умеренных напряжений.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Управление поверхностное натяжение является эффективным методом для манипулирования форма, положение и поток жидкости в длину субмиллиметровых масштабах, где поверхностное натяжение является доминирующей силой. Различные методы существуют для управления межфазного натяжения водных и органических жидкостей на этой шкале; Однако, эти методы ограничены полезность для жидких металлов из-за их большой межфазного натяжения.

Жидкие металлы могут образовывать мягкие, растягивается, и формы-реконфигурируемая компонентов в электронных и электромагнитных устройств. Хотя это можно манипулировать этих жидкостей через механическими методами (например, насосных), электрические методы легче миниатюризации, контроля и реализации. Тем не менее, большинство электрических методы имеют свои ограничения: электросмачивания-на-диэлектрике требует больших (кВ) потенциал для скромного приведения, электрокапиллярности могут повлиять относительно небольшие изменения в поверхностное натяжение, и непрерывное Electrowetting ограничен втулок жидкого металла в капиллярах.

Здесь мы представляем метод для приведения в действие галлия и галлия жидкость на основе металлических сплавов с помощью электрохимической реакции поверхности. Управление электрохимический потенциал на поверхности жидкого металла в электролите быстро и обратимо изменяется поверхностное натяжение чем на два порядка величины (̴500 мН / м практически до нуля). Кроме того, этот метод требует только очень скромное потенциал (<1 V) применяется по отношению к противоположному электроду. Результирующее изменение натяжения обусловлена ​​прежде всего электрохимического осаждения поверхностного слоя оксида, который действует в качестве поверхностно-; удаление оксида увеличивает поверхностное натяжение, и наоборот. Эта техника может быть применена в различных электролитов и не зависит от подложки, на которой она опирается.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот метод обеспечивает простой способ управления поверхностным натяжением жидких металлов, содержащих галлий. Метод использует умеренные напряжения (~1 В), приложенные непосредственно к жидкому металлу (относительно противоэлектрода в присутствии электролита) для достижения огромных и обратимых изменений поверхностного натяжения металла1.

Поверхностное натяжение является доминирующей силой для жидкостей в малых масштабах и важно для ряда капиллярных явлений, включая смачивание, растекание и поток, вызванный поверхностным натяжением. Следовательно, возможность контролировать поверхностное натяжение является разумным способом ман....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Манипуляция поверхностное натяжение жидкого металла в электролите

  1. Окисление
    1. Залить водный электролит (кислотного или основного) в чашке Петри. Чтобы гарантировать, что оксид полностью удален, использовать кислоту или основание с концентрацией больше 0,1 М 24 (например, 1 М NaOH или 1М HCl). Используйте объем, который будет заполнить блюдо на глубину примерно 1-3 мм. Избегайте контакта с кожей с этих решений.
    2. Используйте шприц, чтобы поместить каплю (оптимально между 10-500 мкл) из сплава галлия на основе в электролите. Примеры включают эвтектики галлия индия (EGaIn) или галлий индия и олова (галинстан). Если исполь....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Рисунок 1 показывает пример простого метода двух электродов для окисления и восстановления. В этом случае, снижение 70 мкл жидкого металла помещают в 1 М NaOH в растворе контактов медный провод, чтобы установить электрическое соединение. 1-М NaOH удаляет поверхностной оксидной из металла и позволяет металла, чтобы шарик до из-за его поверхностного натяжения. Применение потенциал 2,5 В. между каплей и платины сетки контр-электрода вы.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот метод контролирует поверхностное натяжение галлия на основе жидких металлов с использованием малых напряжений для управления осаждение и удаление поверхностного оксида. Хотя способ работает только в растворах электролитов, это просто, и работает в широком диапазоне различных условий, но есть тонкости стоит отметить. При отсутствии электрического потенциала, как кислотные, так и основные растворы стравливают оксида 27. Применение окислительного потенциала приводит в образованию поверхностных оксидов.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы выражают признательность за поддержку со стороны Samsung, Инновационных фондов канцлеров штата Северная Каролина, NSF (CAREER CMMI-0954321 и Triangle MRSEC DMR-1121107) и исследовательских лабораторий ВВС.

....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Эвтектика Галлий ИндияИндия Корпорация
Гидроксид натрияFisher Scientific2318-3
Соляная кислотаFisher ScientificA481-212
Фторид натрияSigma-Aldrich201154
Оптический клейNorlandNOA81
Полидиметилсилоксан ( Sylgard-184)Dow CorningНабор силиконовых эластомеров
Капилляры боросиликатного стеклаFriedrich and DimmochB41972
Ag/AgCl Электрод сравненияМикроэлектроды Inc.MI-401F
Источник напряженияKeithley3390
ПотенциостатGamryRef 600
Лазерный резакУниверсальные лазерные системыVLS 3.50

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Khan, M. R., Eaker, C. B., Bowden, E. F., Dickey, M. D. Giant and switchable surface activity of liquid metal via surface oxidation. Proc. Natl. Acad. Sci. 111 (39), 14047-14051 (2014).
  2. Kataoka, D. E., Troian, S. M. Patterning liquid flow on the microscopic scale. Nature.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи