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.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Метод манипулировать поверхностное натяжение жидкого металла с помощью поверхностного окисления и восстановления
* These authors contributed equally
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
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
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
1. Манипуляция поверхностное натяжение жидкого металла в электролите
- Окисление
- 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.
- 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
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
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
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
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
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Эвтектика Галлий Индия | Индия Корпорация | ||
| Гидроксид натрия | Fisher Scientific | 2318-3 | |
| Соляная кислота | Fisher Scientific | A481-212 | |
| Фторид натрия | Sigma-Aldrich | 201154 | |
| Оптический клей | Norland | NOA81 | |
| Полидиметилсилоксан ( Sylgard-184) | Dow Corning | Набор силиконовых эластомеров | |
| Капилляры боросиликатного стекла | Friedrich and Dimmoch | B41972 | |
| Ag/AgCl Электрод сравнения | Микроэлектроды Inc. | MI-401F | |
| Источник напряжения | Keithley | 3390 | |
| Потенциостат | Gamry | Ref 600 | |
| Лазерный резак | Универсальные лазерные системы | VLS 3.50 |
Ссылки
- 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).
- 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
