Поколения и контроль над Электрогидродинамическое потоков в водный электролит решения

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области микро- и нанофлюидных исследований, например, насколько эффективно утечки переносятся в узких пространствах. Основное преимущество этого метода заключается в том, что катионы и анионы, транспортные пути которых электризуются с помощью ионообменной мембраны, приводят в движение электрогидродинамический поток. Демонстрируют процедуры Айоко Яно, доцент Университета Гумма, окончившая нашу лабораторию, и Фумика Нито, аспирант нашей лаборатории.

Во-первых, приклейте акриловые пластины с обоих концов формы из ПТФЭ с помощью пластикового клея, который сделает прорези в резервуаре для оседания смещенных электродов. В тюбике объемом 50 миллилитров смешайте основу из силиконового эластомера с отвердителем в соотношении десять к одному. После этого поместите жидкий PDMS в вакуумный сосуд и дегазируйте его с помощью роторного насоса.

Извлеките трубку из вакуумного сосуда. Затем залейте PDMS в пластиковый сосуд размером 40 на 50 на 24 миллиметра в кубе, чтобы придать форму внешней формы резервуара, и поместите в него форму для резервуара. Выпекайте весь корпус жидкости PDMS на горячей плите при температуре 80 градусов Цельсия около четырех часов.

После запекания вручную изолируйте резервуар PDMS от формы из ПТФЭ во внешнем сосуде. Затем сделайте разрез поперек центра водоема, используя хирургический нож. С помощью пинцета установите стеклянные пластины, предварительно покрытые золотой тонкой пленкой, на обоих концах резервуара, которые будут служить в качестве смещенных электродов.

Далее с помощью ножниц вырежьте анионообменную мембрану в прямоугольник размером 20 на 18 миллиметров. Затем вырежьте прямоугольник три на пять целых пять миллиметров в квадрате с одного края мембраны. Теперь разрежьте затвердевший блок PDMS с квадратным каналом потока на кубик размером три на шесть на четыре целых пять миллиметров с помощью хирургического ножа.

Сделайте прорези по внешним краям, и прикрепите его к мембране внутри прямоугольного выреза. После этого пинцетом установите анионообменную мембрану с проточным каналом PDMS в резервуар PDMS. С помощью микропипетки наполните резервуар четырьмя миллилитрами раствора гидроксида натрия.

Подайте электрический потенциал в две целых две целых 2 вольта, используя источник постоянного тока, в прямом и обратном направлениях, в течение двух часов каждый последовательно, чтобы улучшить проводимость мембраны перед наблюдением. После этого вытащите золотые электроды пинцетом. Затем удалите раствор из резервуара, используя микропипетку.

Установите новые золотые электроды в резервуар с помощью пинцета. Наполните резервуар четырьмя миллилитрами раствора гидроксида натрия, используя микропипетку. На этом этапе установите частоту кадров и время экспозиции высокоскоростной бесплатной полупроводниковой камеры на основе оксида металла равными 500 кадрам в секунду и одной миллисекунде соответственно.

Удалите все пузырьки из канала, вставив наконечник микропипетки в конец канала, чтобы вытолкнуть или вытащить их, прежде чем применять электрический потенциал. Теперь подайте внешний электрический потенциал в две целых две целых 2 вольта на золотые смещенные электроды. Одновременно отслеживайте электрические отклики с помощью потенциостата, а затем записывайте поведение частиц индикатора на компьютере.

Сформируйте золотые смещенные электроды с квадратной поверхностью 26 на 10 миллиметров на нижней стеклянной пластине в соответствии с процедурами, аналогичными описанным ранее. Используя радиочастотное распыление, покройте поверхность стекла хромом, подвергнутым воздействию аргоновой плазмы в течение двух минут при мощности 75 Вт, и нанесите золотую тонкую пленку на пять минут при мощности 75 Вт. С помощью паяльника припаяйте свинцовую линию по краю электродов.

Из большого листа силиконовой резины с помощью хирургического ножа вырежьте две камеры, каждая из которых по одной на один миллиметр имеют кубический проточный канал, помещенный между двумя резервуарами. Далее с помощью хирургического ножа вырезаем катионообменную мембрану размером 20 на 30 квадратных миллиметров. Ультразвуком обработайте каждую деталь в чистой воде в течение 15 минут, приложив мощность 100 Вт.

Вставьте катионитановую мембрану между камерами с помощью пинцета, затем прижмите и запечатайте стек камер и катионобменную мембрану стеклянными пластинами. С помощью шприцев ввести в нижнюю и верхнюю камеры соответственно растворы частиц полистирола Tris-EDTA и хлорида калия Tris-EDTA. Теперь установите экспериментальное устройство на предметную область перевернутого микроскопа.

Подключите микроскоп к высокоскоростной бесплатной полупроводниковой камере на основе оксида металла, чтобы отслеживать траектории движения частиц и записывать данные наблюдений на компьютере. Наконец, подайте разность электрических потенциалов в два вольта за шесть секунд между двумя электродами, используя функциональный генератор в качестве источника питания. Здесь представлен репрезентативный результат генерации потока EHD, возникающего в результате выпрямления путей переноса ионов и высококонцентрированных катионов, которые индуцировали поток жидкости в канале.

Анализ PIV показал, что скорость частиц индикатора быстро увеличивается до пикового значения при приложении эклектического потенциала в две целые две целые 2 вольта. После этого скорость уменьшалась и сходилась к нулю. Здесь показан репрезентативный результат потока EHD, генерируемого в электрически поляризованном растворе в условиях ионного тока.

Скоростной отклик потока EHD анализировался путем отслеживания частиц-индикаторов, которые реагировали на электрическое поле при подаче двух вольт. Частицы быстро перемещались в обратном направлении, и после короткого отклика поток менялся на прямое, а скорость становилась постоянной, пока электрический потенциал не отключался. Поток EHD, увлекаемый ионами натрия в канале, запускается транспортом гидроксид-ионов в анионообменной мембране.

В потоке EHD, индуцированном в условиях катионного тока, ионы калия проникают через мембрану катионобмена, вызывая условия с преобладанием катионов, и, как следствие, поток EHD индуцируется вдоль катионного тока. Однажды освоив эту технику, ее можно сделать за два часа, если она выполнена правильно. Обратите внимание с учетом времени на оба золотых электрода и ожидание стабилизации электридного раствора.

Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить, что внедрение решений с электридами занимает значительное количество времени. При выполнении этой процедуры электронейтральное состояние должно быть смягчено в условиях ионного тока, чтобы управлять электрогидродинамическими потоками. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области микро- и нанофлюидных фаномеров, чтобы исследовать новые методы управления потоком в различных типах утечек.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как сделать электрогидродинамические потоки, которые индуцируются электрифицированными ионными токами. Не забывайте, что работа с гидроксидом натрия в высокой концентрации может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как ношение защитных очков, перчаток и лабораторного халата.