Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Подготовка Электрогидродинамические Мосты от полярных диэлектрических жидкостей

Published: September 30, 2014 doi: 10.3791/51819
Automatic Translation
1, 2, 2, 3, 1
1Applied Water Physics, Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology, 2IRCAM GmbH, 3Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics, Graz University of Technology

Summary

Горизонтальные и вертикальные электрогидродинамические жидкие мостики простые и мощные инструменты для того, чтобы исследовать взаимодействие высокой интенсивности электрических полей и полярных диэлектрических жидкостей. Строительство основного аппарата и оперативных примеров, в том числе термографического изображения, для трех жидкостей (например, вода, ДМСО, и глицерин) представлено.

Abstract

Горизонтальные и вертикальные жидкость мосты простые и мощные инструменты для того, чтобы исследовать взаимодействие высокой интенсивности электрических полей (8-20 кВ / см) и полярных диэлектрических жидкостей. Эти мосты являются уникальными от капиллярных мостов в том, что они обладают расширяемость за несколько миллиметров, имеют сложные двунаправленную модели массообмена, и излучают не-Планка инфракрасное излучение. Ряд обычных растворителей могут образовывать такие мосты, а также низкие решения проводимости и коллоидных суспензий. Макроскопическая поведение регулируется электрогидродинамики и обеспечивает средства изучении явлений потока текучей среды без присутствия жесткими стенками. До наступления жидкого моста нескольких важных явлений можно наблюдать в том числе наступающей высоты мениска (электросмачивания), объемной циркуляции жидкости (эффект Sumoto), и выбросом заряженных капель (электрораспыление). Взаимодействие между поверхностными, поляризация и перемещения сил может быть непосредственно рассмотреныразличной приложенное напряжение и длину моста. Электрическое поле, помогал тяжести, стабилизирует жидкую мост против Рэлея-Плато неустойчивости. Строительство основного устройства для вертикальной и горизонтальной ориентации наряду с оперативными примеров, в том числе термографического изображения, для трех жидкостей (например, вода, ДМСО, и глицерин) представлено.

Introduction

Взаимодействие между электрическими полями и результатов жидких сред в ряде сил развивающихся в материальном объеме. В реальных жидких систем диэлектрических, не-незначительные градиенты поля и нарушение симметрии геометрии привести к ряду, казалось бы, свойственных эффектов. Герц был одним из первых обратил внимание вращательное движение в жидкость-твердое диэлектрических систем 1. Квинке отмечено, что поверхностное натяжение между двумя жидкостями не только изменен приложении внешнего электрического поля, но, что это изменение привело к физической нагрузке сил на жидкости тела, и может быть использовано, чтобы вызвать вихревое движение 2. Армстронг открыл мост плавающей воды в 1893 3, которая осталась загадочной партии трюк до недавнего времени, когда Фукс и его коллеги исследовали массу и заряд механику транспортных 4,5 и вновь серьезное научное расследование механизмов, посредством которых эти мосты образуют. Электрические поля имеют Abilitу поднять жидкостей против силы тяжести, как работа Pellat на диэлектрической подъема жидкости между плоскопараллельными электродами показывает 6. Это подъема действие показывает зависимость от частоты и, в конечном счете может быть описано с помощью тензора напряжений Максвелла 7. Это важно при рассмотрении подъем уровня жидкости, связанную с электрогидродинамических (ЭДК) жидких мостов, которые в условиях переменного действительно показывают частотную зависимость 8 похожий на электросмачивания на диэлектрической (EWOD) и dielectrophoretic (DEP) массового расхода 9. Кроме того, применение высоких потенциальных электрических полей важно в борьбе с струя жидкости разбить и взаимодействие электрического поля с жидкостями имеет важное значение для понимания промышленно важный процесс электрораспылительной атомизации 10,11.

Внешнее электрическое поле влияет не только поверхностную энергию. В связи с действием поляризации и напряжения сдвига, поток шаблоны могутустанавливаются. Одним из примеров является циркуляция жидкостей в присутствии неоднородных электрических полей. Настоящим электроконвективные токи устанавливаются в объеме жидкости обусловлен касательных напряжений. Сумото показали, что двигатель жидкости может быть построен с использованием стеклянного ротор, содержащий либо полярной жидкости или металлический стержень, погруженный в неполярном диэлектрической ванны и помещали в неоднородном электрическом поле 12. Позже анализ Okano использовал однородное поле приближение 13 решить проблему ротации, которые могут только качественно соответствовать экспериментальные результаты и требуется диэлектрические жидкости ответить как особой массы. Другие исследователи по этому вопросу полностью упустили из виду, как они ошибочно сообщили и исследовали эффект Sumoto как уровень жидкости поднимется 14-16 в ответ на электрический полевых работ, впервые разработанной Пелла 17. Важность поверхности симметрии для процесса локализации заряда и генерируется Stre сдвигасс 18 имеет важное значение для понимания для исследования жидких ЭГД мостов. Трактат Melcher на сплошных электромеханики 19 предоставляет полный теоретическую базу для лечения наливных грузов и упрощает свободных поверхностей внутри изотропной однородной предела. Важность поверхностей, тем не менее ясно уже из континуума точки зрения, как потеря результатов симметрии в напряжения сдвига, которые могут генерировать объемную движение. Взятые в общем случае дискретных мобильных объемов жидкости, которые могут быть поляризованными и подлежащих к полученному реактивной силы при приближении к поверхности, взаимодействие электрического поля можно подставить в обоих Навье-Стокса 20 и Бернулли 7,21,22 отношений описать множество явлений ЭГД течения в том числе жидких мостов. Дальнейшее изучение жидких мостов может улучшить ряд ЭГД основе технологий, таких как струйная печать 23-25, микро-и нано-материалов обработку 26-28, доставки лекарств 29, 30, биомедицинские приложения 31,32, и опреснение 33.

Методы, описанные здесь обеспечить доступ к образованию жидких мостов ЭГД которые находятся в полярных жидкостей, молекулы которых обладают постоянным дипольным моментом. Наложенные неоднородные результаты электрического поля в частичной поляризации диполя населения, дающие локальный изменение диэлектрической проницаемости, таким образом, еще больше укрепляя полевые градиенты 18,34,35. Эта поляризация приводит к силу смещения, которые в зависимости от относительной интенсивности приложенного поля будет генерировать несколько различных жидких ответов (рисунки 4-7) в конечном счете, приводит к образованию моста. Жидкость будет также разрабатывать Тейлор течь 22,36 вдоль поверхности электродов особенно в тех случаях, когда существует острая кромка присутствует на электродах. Возможность инжекции заряда в острых кромок также существует и в соответствии сформирование гетерозаряда слоев, которые генерируют электроконвективных токи в объеме жидкости 22, таким образом, связывающие системы жидкостного моста с эффектом Sumoto 12. Руководящие EHD отношения для мостов широко освещаются в другом месте для воды и других полярных жидкостей 22,36-38. Эти теоретические подходы страдают определенные ограничения, которые должны учитываться при приближении экспериментальных данных. Максвелл тензор напряжений лечение 36 нечувствительна к полевых неоднородностей, а также неоднородностей в жидкой моста. Чистый EHD подход 37 обеспечивает устойчивого состояния определений электрогравитационного числа и его связи с отношением мост сторон; Однако, динамика потоков и важно переходные явления (например, создание моста) не предсказал. Три безразмерные числа полезны при анализе устойчивости моста и основана здесь, опубликованной ранее Марин и Лозе 37 Е), которая определяется как соотношение между электрическими и капиллярных сил:

Уравнение 1

где ε 0 является электрическая постоянная, ε г относительную диэлектрическую проницаемость жидкости, E т является электрическое поле через мост, γ является поверхностное натяжение, D S и D L являются вертикальные и горизонтальные проекции диаметра так как с получением среднего диаметра D кв. Бонд номер (Бо) описывает баланс гравитационных и капиллярных сил:

Уравнение 2

где г является гравитационное ускорение, л является длина свободного мост, и V является объем мост. Соотношение междугравитационное, капилляр, и электрические силы могут быть выражены в терминах числа электрогравитационного G E:

Уравнение 3

Максимальное расширяемость моста связана с приложенным напряжением в то время как ток, протекающий через мост связано с площадью поперечного сечения и, следовательно, в диаметре. Эти отношения связаны, определить объем моста, и, таким образом, определить область устойчивости для любой операционной жидкого моста. Характерные кривые для воды моста приведены на рисунке 3, который показывает более низкий порог, ниже которого приложенного поля слишком слабы, чтобы преодолеть силы поверхностного натяжения и верхний порог, выше которого масса моста слишком велика в результате утечки, который еще больше разрушает поле и приводит к разрыву моста.

Более общая удовольствиение жидких мостов в полярных растворителях 19,22 обеспечивает условия давления в сочетании, работающих с мостом для прогнозирования силы, регулирующие динамику потока в контексте модифицированного уравнения Бернулли с точки зрения электрического смещения, добавляемых в перспективе давления. Кроме того отношения Онзагер для ионов стабильности 24 включено в соглашение с экспериментальными наблюдениями на равновесной насосных направлении и теплового излучения.

Количество полярных жидкостей были изучены в том числе воды, низшие алифатические спирты (например, метанол), поли-спирты (например, глицерин), диметилсульфоксид (ДМСО), а также другие органические полярные (например, диметилформамид). Неполярные диэлектрические жидкости (например, гексан) не проявляют образование моста. Диэлектрические жидкости, способные поддерживать мосты до сих пор изучены 8,22,37 ложь в пределах четко определенной группы физических параметров, которые устанавливают хорошую отправную точку фог дальнейшие эксперименты: низкая проводимость (σ <5 мкСм / см), умеренный статическая диэлектрическая проницаемость (ε = 20-80), от умеренной до высокой поверхностного натяжения (γ = 21-72 мН / м). Интересно широкий спектр вязкости (η = 0.3-987 мПа · сек) работа в таких мостов. Для продуктов с достаточно высокой вязкости, таких как глицерин можно тянуть мост непосредственно из жидкой массы (рисунок 5) и является важным связующим звеном между dielectrophoretic сил и жидких мостов. Ионные растворы (например, NaCl (р-р)) являются крайне разрушительными для преодоления образование и в предыдущих исследованиях 40, как было показано для повышения температуры моста, уменьшить длину в соотношении приложенного напряжения, и, чтобы уменьшить расширяемость. Такое поведение объясняется в значительной мере заряда экранирующего действия растворенных ионов, а также повышенной проводимости тока, что уменьшает сцепление между элементами объема жидкости и электрического поля.

<р = класса "jove_content"> На ЭГД явлений уровня континуума возникает просто потому, что необходимые условия давления, которые сопровождают электростриции встречаются только в жидкой интерфейс 21. Кроме того, существует взаимосвязь между устойчивостью жидких мостов ЭГД и стабильности интерфейсов в системе. В случае пониженной гравитации экспериментов 41 расширяющиеся результаты площадь поверхности в силу которой разрывает мост друг от друга. Подобным же образом, если поверхность слишком ограничены или площадь контакта стягивающего небольшой мост, скорее всего, развиваться неустойчивости. Это может быть проиллюстрировано в мостах, которые подают по трубке или в случае вертикальных перемычек, где один электрод тянут вверх от поверхности - в результате мосты менее стабильны в длительной эксплуатации, так как они не имеют динамику характеристики потока, найденные в ситуации, когда оба водохранилища имеют большую площадь свободного сечения поверхности. Мосты, чьи соединения с резервуаром жидкости заключены в трубы шоу яncreased тепловой накопление и падения поверхностного натяжения. Характерно, что воздушный интерфейс будет спонтанно образуют внутри трубки. Это условие ограничивает как максимальную расширяемость, а также среднее время жизни моста для ограниченных жидких мостов. Открытые водные мосты поверхности может быть продлен до 35 мм в длину на 35 кВ в то время как не было никакого моста будет сохраняться на таком ускоряющего напряжения в замкнутом объеме, а жидкость преимущественно переходит в электрораспылительным режиме. Подобным же образом водной поверхности мосты имеют сроки службы стабильности приближается к 10 ч в контролируемых условиях, в то время как в трубных систем подается срок службы, как правило, менее 2 часов.

ЭГД явления, как правило, рассматривается только на уровне континуума. Ограниченное число исследований по молекулярной основе жидких мостов были проведены. Исследование комбинационного 42 с помощью вертикальных мосты переменного тока исследовали между молекулярной OH-растяжения полосы по сравнению с объемной воды. Некоторые изменения в подкожноattering профили после применения электрического поля показано, что структурные происхождение. Использование сверхбыстрого средней инфракрасной спектроскопии насос зонда на водяной моста плавающей 43 колебательный срок службы ОН растяжения вибрации молекул HDO, содержащейся в HDO: D 2 O воды моста было установлено, что более короткий (630 ± 50 фс), чем для молекул HDO оптом HDO: D 2 O (740 ± 40 фс), в то время как в отличие, динамика Термализация следующие колебательной релаксации гораздо медленнее (1500 ± 400 фс), чем в объемном HDO: D 2 O (250 ± 90 фс). Эти различия в динамике релаксации энергии убедительно свидетельствуют о том, что вода мост и масса воды отличаются на молекулярном уровне. Кроме того, исследования на инфракрасного излучения моста плавающей воды показали нетепловую особенность, которая может быть связана с переходом из возбужденного состояния в основное состояние протона зоны проводимости 44. Еще более свежий комбинационного исследование REPORTEд, что в постоянного тока воды соединяет есть радиальное распределение в спектрах что свидетельствует о относительной разницы в локальной рН между сердцевиной и наружной оболочки моста 45. Радиальное распределение физических характеристик в рамках жидких мостов ЭГД подкрепляется экспериментах по рассеянию неэластичен УФ 46, который дает противоречивые радиальные распределения в профилях температуры и плотности и может быть объяснена либо градиентом в молекулярных степеней свободы или присутствии второй фазы как нано пузырьков. Позже концепция не поддерживается малым углом рентгеновского исследования рассеяния 47, хотя концепция заторможенного вращения (т.е. либрации) поддерживается из спектров инфракрасного излучения 44. Направление льготный поток в жидких мостов ЭГД возникает в результате изменений в авто-кинетики диссоциации. В соответствии с работой Онсагером эта находка позволяет надеяться для подключения молекулярные и сплошной явления на уровне <вир> 22. Дальнейшие доказательства молекулярной основе к ЭГД явлений находится в наблюдении, что тепловое излучение от диэлектрической капли локально уменьшается в ответ на растущую электрического поля и достигает минимума только до начала моста (рисунок 7).

EHD жидкие мостики предоставит возможность изучить взаимосвязь между силами в различных масштабах длины, и это конкретная цель этой работы, чтобы обеспечить стандартизированный метод для получения этих видов мостов в ряде жидкостей с любой ориентации относительно тяжести, что поддерживает Появление полного набора характерных явлений обсуждался ранее.

Protocol

1. Общие рекомендации

  1. Используйте одноразовые, неопудренные перчатки на протяжении настройки эксперимента, чтобы предотвратить загрязнение пота или нефти из рук.
  2. Очистите все изделия из стекла, электроды и другие части, которые контактируют с жидкостью в стадии изучения, уделяя особое внимание, чтобы предотвратить поступление загрязняющих веществ, которые могут растворяться в жидкой фазе.
  3. С помощью измерителя проводимости, измерения электропроводности жидкости, который будет использован в эксперименте, и подтвердить, что он является ≤1 мкСм / см.

2 Экспериментальная установка

  1. Система мост Горизонтальная (Рисунок 1а)
    1. Поместите пару платформы с регулировкой высоты на уровне не-проводящей поверхности. Fix одну платформу на место и смонтировать другую платформу на моторном линейной стадии перевода, который имеет минимальный ход 25 мм.
    2. Безопасные изоляционные плиты (Рисунок 1а, часть к) йэлектронной верхней поверхности платформы с регулировкой. Использование изолирующих пластин, которые слишком большой, так что они нависают над платформами, по меньшей мере, 10 мм со всех сторон. С помощью обычных материалов, таких как тефлон, акрила, или оконного стекла. Выберите толщину для предотвращения пробоя в соответствии с проектной максимального напряжения.
    3. Подключите высоковольтный источник питания (рис 1а, часть м) в соответствии с инструкциями производителя.
    4. Припой крокодил в конце как высокого напряжения и заземления.
    5. Зажмите один конец опорного рычага, построенного из жесткого изоляционного материала на кольцо стенд с изолирующей штанги выступающей горизонтально над изолирующих платформ.
    6. Установите наземные и высокого напряжения провода к опорных рычагов, используя либо несколько обертывания изоленты, нейлон проволочными стяжками или других соответствующих средств, таким образом, крокодил выступают вниз над изолированными платформ.
    7. Клип один платиновый электрод (Рисунок 1а, часть к) В каждый из двух зажимами.
    8. Расположите опорные рычаги так, чтобы провода высокого напряжения выше стационарной платформы и провод заземления находится выше скользящей платформе.
  2. Система Вертикальный мост (1б)
    1. Прикрепите непровоящий зажим к линейной стадии перевода так, что зажим может путешествовать минимум 25 мм. Используйте этот зажим для удержания судна (Рисунок 1b, часть I), который будет подключен к проводу заземления.
    2. Установите эту сборку в вертикальном жестком основании.
    3. Прикрепите аналогичный непровоящий зажим в линии и ниже поддержки на линейной стадии перевода. Используйте этот зажим держать судно, которое будет подключено к высоковольтные провода.
  3. Сделать «мертвый-палки" (Смотрите рисунок 1с для иллюстрации)
    1. Получить кусок непроводящего жесткого материала, например стеклянной или пластиковой стержень длиной 30-40 см (Рисунок &# 160; 1c, часть р).
    2. Прикрепите кусочек проводящего металла длинной 10-15 см (рисунок 1с, часть д) к одному концу стержня, используя несколько обертывания изоленты (рисунке 1c, часть г) применяется в пересеченной образом или другого крепежного материала.
    3. Используйте "мертвой палкой", чтобы преодолеть высокие напряжения и заземления электродов с конца металлической после включения питания выключен заверить, что схема разряжается до транспортного оборудования.

3 Операция жидких Мосты

  1. Горизонтальные Жидкие Мосты
    1. Заполните каждый сосуд (рисунок 1а, часть I) с достаточно жидкости, чтобы довести поверхность в пределах 1-5 мм стакана носиком или обода. Для сосудов (диаметр 60 мм), используемых в этой демонстрации, использовать 67 г жидкости для воды, 74 г для ДМСО, или 84,4 г для глицерина.
    2. Поместите 2 сосуды на изолирующей платформы таким образом, чтобы они Physчески контактировать друг с другом в одном месте, такие как желоба, но прямой стенки обода будет также работать.
    3. Отрегулируйте высоту платформы так, чтобы жидкость только связаться с платинового электрода и не крокодил или проволоки. Обратите внимание на одной вертикальной линии так, что в результате моста в горизонтальном положении.
    4. Разместите платиновые электроды в заполненной жидкостью сосудов таким образом, что они, как минимум, 15 мм от контактной положение, в котором мост будет форме. Примечание: Обычно электроды расположены между центром сосуда и дальше всего от стены, где два судна в контакт.
  2. Вертикальные Жидкие Мосты
    1. Используйте два чистыми, закрытой емкости, с одной жидкой порта, как показано на рисунке 1b, часть я.
    2. Заполните каждый сосуд с жидкостью исследуемого, так что нет захваченные пузырьки воздуха.
    3. Вставьте электрод (рисунок 1b, часть к) в каждый сосуд и закройте Cап провести жидкость на месте.
    4. Установите две закрытые сосуды в непроводящих зажимов (см 2,2) такие, что отверстия указывают друг к другу.
    5. Добавить несколько капель жидкости к отверстию в нижней трубе таким образом, что изогнутые поверхность жидкости выступает на несколько миллиметров выше стеклянной обода.
    6. Доведите верхний сосуд вниз так, что он просто входит в контакт с нижней образуя небольшую капиллярную моста.
    7. Подключение высокого выходного напряжения источника питания (рис 1b, часть м) к нижней судна (стационарный) электрод терминала и земли до верхней (переводил) судна.
  3. Операции высокого напряжения
    1. Общие соображения
      1. Прежде чем двигаться дальше подтвердить, что все поверхности сухие и что никакие жидкие бассейны, фильмы, или капли не присутствуют на изолирующих платформ.
      2. До подачи питания на эксперимента подтверждают, что нет коротких замыканий и, что не существует никаких оснований рATHs подарок, который может привести к персоналу или оборудование вступления в контакт с напряжением поверхностей. Обязательно соблюдайте все процедуры и соблюдать предупреждения, выпущенные производителем питания высокого напряжения. Если вы сомневаетесь посоветуйтесь с квалифицированным электротехническим персоналом безопасности.
      3. Установите полярность питания (если по выбору) до включения питания. Как правило, использовать положительную полярность напряжения, поскольку это обеспечивает более стабильные мосты. ПРИМЕЧАНИЕ: Отрицательная полярность также можно использовать, но, как правило, дают заметные эффекты пространственного заряда, который может существенно повлиять на физические свойства как диэлектрической жидкости 48 и влияет на локальную плотность заряда в экспериментальной области в связи с функциональной разницы в тонуть, а не поиске электроны под высоким потенциалом, а избыточного заряда может быть распылен на окружающие изолирующие вспомогательных структур.
      4. Открытый ограничение тока на источнике питания таким образом, чтобы обеспечить не более 5-6 мА тока.
      </ LI>
    2. Выберите один из двух профилей напряжения, которые могут быть применены - пандус или шаг.
      1. Используйте изменением напряжения, при первом запуске и эксплуатационные характеристики жидкости, пока не известно.
        1. Выключите предела напряжения на источнике питания, чтобы обеспечить 0 кВ.
        2. Включение выхода на источнике питания и медленно начинают увеличивать предел напряжения со скоростью приблизительно 250 В / сек.
        3. Соблюдайте напряжение, при котором происходит мост зажигания, это приблизительный порог зажигания напряжение (В т).
      2. Используйте шаг напряжения быстро подавать напряжение на систему.
        1. Установите порог напряжения питания до нужного значения выше порога зажигания, который был определен с помощью пандуса напряжения для жидкого изучаемой системы (см 3.3.2.1.3).
        2. Включить выход на источнике питания. ПРИМЕЧАНИЕ: шаговое напряжение может привести к образованию электрической дуги и выбросом капель и может потребовать несколько сеconds до стабильных форм мостовых. Дуги может выделять озон и перекись приводит к повышению проводимости жидкости, если это разрешено, сохранится в течение более чем нескольких секунд. Рекомендуется заменить жидкость со свежим материалом, если дуги проблема.
    3. Стабилизировать моста с зажиганием.
      1. Подтвердите моста зажигание, наблюдая устойчивый поток жидкости между двумя судами. ПРИМЕЧАНИЕ: Это будет происходить, как правило, между 8-10 кВ и будет сопровождаться текущей проводимости между 250-500 мкА в зависимости от используемой жидкости.
      2. Настройтесь мост для расширения за счет увеличения напряжения до 10-15 кВ с током потребления ~ 1000 мкА. ПРИМЕЧАНИЕ: фактическое значение будет зависеть от используемой жидкости.
      3. Продлить мост на расстоянии примерно 1 мм на 1 кВ приложенного напряжения, например 15 мм для 15 кВ. Если необходимо, настраивать мост дополнительно в зависимости от требований эксперимента. ПРИМЕЧАНИЕ: Стабильная Калифорния Bridgeн существовать в течение многих часов.
  4. Процедуры отключения
    1. Погасите мост, отключив выход на высоковольтного источника питания. Подождите несколько секунд для конденсаторов питания для выполнения и считывание напряжения снизится до нуля.
    2. Используйте "мертвой палку", построенный в разделе 1.3 на короткий электродные держатели До установки все ранее под напряжением детали.

4 изображений

  1. Fringe Проекция
    1. Подготовьте бахрома двоичный пластину, печатая черные полосы на прозрачной пленке и наклеить это на экране опалесцирующая диффузора. Для этого примера, использовать A4 (т.е. 297 мм х 210 мм) полос пластину.
    2. Поместите бахрома тарелку перед подсветки, так что полосы проецируются на всей экспериментальной установки.
    3. Запись либо неподвижных изображений или фильмов из интерференционной картины, используя любое количество цифровых камер.
    4. Отслеживание изменений Iн поверхность жидкости, а также изменения в длине оптического пути объединительной жидкости путем анализа изображений, записанных в 4.1.3. ПРИМЕЧАНИЕ: Количественный анализ наблюдаемых изменений осуществляется через бахромой оценки с помощью различных пакетов, таких как свободно распространяемой программы IDEA 49. Конкретные детали и соображения бахромой анализа покрыты других 49-51.
  2. Термографическое изображений
    1. Установите динамический диапазон тепловизора в соответствии с инструкциями изготовителя. ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно калибровки по двум точкам, которые охватывает ожидаемый диапазон температуры достаточно, чтобы обеспечить хороший тепловой разрешение. Большинство жидкие мосты работают в диапазоне температур от 20-50 ° C.
    2. Выполните коррекцию коэффициента излучения и калибровки температуры по визуализации открытую поверхность объема жидкости изучаемого при температурах, подходящих для эксперимента.
      1. Заполните сосуд идентичный, который используется в экспериментальной установки с жидкостью изучаемого при комнатной температуре.
      2. Измерьте температуру жидкости с использованием иммерсионной термозонда такие как тип-K термопары.
      3. Запишите образ жидкости в инфракрасном диапазоне.
      4. Поднимите температуру жидкости до температур, ожидаемых в мосту, используя горячую плиту или микроволновую печь. Примечание: Это, как правило, не более чем 10 ° С ниже температуры кипения жидкости (например, 90 ° С для воды).
      5. Повторите шаги 4.2.2.2 и 4.2.2.3 для повышенной температуры жидкости.
    3. Установите камеру немного выше горизонтальной моста и уровне с вертикальной моста таким образом, чтобы максимизировать площадь поверхности, записанный. ПРИМЕЧАНИЕ: в связи с сильным поглощением среднего и длинноволнового инфракрасного излучения на большинстве полярных жидкостей, только распределение температуры поверхности будет виден.
    4. Запись инфракрасный системы моста начинают до включения выходов на ропитания WER и продолжается до эксперимент не заключен или буфер камеры заполнена.

Representative Results

Жидкие мостики Электрогидродинамические отличаются от капиллярных жидких мостов тремя свойствами: 1) поток, 2) расширяемость, 3) тепловое излучение; сравнение показано на рисунке 2. Перед нанесением напряжения небольших капиллярных мостов, часто наблюдаемым между двумя сосудов, когда уровень жидкости даже при желобов в горизонтальной конфигурации. Они неизбежны в вертикальной конфигурации, когда разделяющее расстояние меньше нескольких миллиметров.

Напряжение можно применять либо в рампе (см 3.4.2.1 в протоколе) или шаг (см 3.4.2.2 в протоколе). Напряжения ниже порогового значения (V т) не будет производить ЭГД мост, но может вызвать ряд других явлений, таких как жидкости объемного расширения (Рисунок 4), восходящее движение жидкой электрод линии соприкосновения (Рисунок 5), вращение и циркуляция жидкости Основная (Рисунок 6), элеctrospraying и формирования струи (Рисунок 7). V т является собственностью диэлектрической жидкости под следствием, концентрация и тип составляющих присутствует, а также атмосфера экранирование используется. Пороговое значение для зажигания является также функцией разделительного сосуда. В то время как мост зажигания можно с разделения многих миллиметров приложенное напряжение должно быть выше и больше в состоянии покоя периода можно наблюдать с более насильственным electrospraying до стабильный жидкий соединение образуется. Например, водные резервуары заполнены разделены на 5 мм, V T возрастает до 17-20 кВ или выше.

После V т был превышен сочетание дуги и распыления помечает зажигание (8а, 9а) и сразу за образованием тонкой перемычкой <1 мм в диаметре. После того, как мост устанавливается ток будет течь следует опухание моста (8b рисунках, 9b),3-5 мм в диаметре в зависимости от условий. Во многих исследованных жидкостей до сих пор время от моста зажигания для набухания между 10-500 мс и в значительной степени зависит от приложенного напряжения, расстояние разделения, и вязкости жидкости 8,22,37.

В горизонтальных перемычек направление потока зависит от конкретных условий жидких. Обычно чистый поток проходит от анода к катоду, когда полярность высокого напряжения является положительным. При продлении (Рисунок 8с) диаметр будет колебаться, как правило, на низких частотах между 1-10 Гц. Более высокие колебания также происходят и видны как поверхностных волн. Оптически видны в теле моста активные волны плотности, когда обратно горит с двоичным интерференционной картины. Конкретные функции отклика системы зависит как от жидкой системы, а также от характеристик источника питания.

Вертикальные мосты схожи во многих отношениях чГоризонтальная полоса те; Тем не менее, они не показывают доказательства сильного потока массы и, как правило, имеют преувеличенные Амфора-образную форму. Повышение результатов вождения напряжения в более цилиндрического столба жидкости и расширяемости (рисунок 9, в) немного лучше, чем в горизонтальных перемычек (например, 1,25 мм / кВ для воды). Как горизонтальных перемычек вертикальных перемычек могут образовывать без непосредственного контакта между жидкостью тела до напряжения. В этом случае конуса Тейлора наблюдается, чтобы сформировать на верхней маятникового капли. Этот спрей будет распространяться вниз формирование стабильного струю, которая быстро набухает при контакте с нижней скального капли.

В отличие electrosprays, EHD мосты в полярных диэлектрических жидкостей рассеивать энергию в виде как тепловой, так и не-теплового инфракрасного (ИК) излучения 44. Термографическое записи жидких мостов (рис 7-10) является полезным инструментом для изучения динамики поверхностного стока, а также для Куantifying в в operando ИК активное распределение энергии. Тепловое излучение обусловлено в значительной степени омического нагрева и, таким образом, чувствительной мерой стабильности ионного как различные жидкости, как правило, тепло-разному, учитывая же рассеиваемой мощности. Например водных мостов (Рисунок 9в) обычно работают 35-50 ° С, и алкоголь мосты запустить несколько градусов прохладнее на счет как низкое давление пара, а также различия в ионной стабильности 39. Другой иллюстрацией этого связанного поведения находится в апротонном ДМСО, который имеет низкое давление пара и образует отрицательные ионы, которые мигрируют в противоположном направлении с большинством других полярных жидкостей. ДМСО мосты, как правило, работают при температурах, близких 100 ° C (Рисунок 10а). Вязкость и теплоемкость также играют существенную роль в том, как тепловая энергия рассеивается в системе, как можно видеть на локализованного нагрева найти в глицериновых мостиков (рисунок 10В).

(8d рисунках, 9d), пока не будет достигнуто критическое значение и Плато-Рэлея неустойчивости нарушить (8e рисунки, 9е) лиганд-как мост в строку капель, которые будут мигрировать в Электрическое поле. Другой способ разрушения моста, как правило, можно найти только в горизонтальной конфигурации, происходит, когда диаметр мост становится слишком большим, что приводит к высокой массы и вниз струей воды. Такое поведение может привести к колебаниям моста, производящей "качающийся" эффект, который может вызвать мост снова дестабилизировать в капельки. Брод большого диаметраГЭС может произойти в результате избыточного гидростатического напора в одном сосуде за счет однонаправленного потока что приводит к переполнению; альтернативно увеличивая напряжение до высоких значений лишь небольшим отрывом будет производить очень широкий мост или "воды шоссе". Эти большие мосты диаметра могут также не свернув в один большой капли, которые падает вниз под действием силы тяжести.

Рисунок 1
Рисунок 1 Основное оборудование для ЭГД экспериментов жидкость мостовых. Схематическое изображение типичной горизонтальной (а) и вертикальной (б) экспериментальной системы для создания жидких мостов ЭГД. Некоторые механические детали, такие как крепежных ремней и электродом опор опущены для ясности. Основными компонентами являются жидкие сосуды (I), изоляционные платформы или моунц (к), электроды (К), и высоковольтный источник питания (м). Линейные этапы перевода рекомендуются для безопасного разделения двух сосудов, как только мостом установлено. Мертвые палка показано на панели (с) собран из куска непроводящего жесткого материала (р), проводящий металл стержня (д), и несколько обертывания из изоленты применяется в пересекали образом или другого крепежного материала (г) . Конец металл используется для формирования короткое замыкание между двумя электродами после заключения экспериментов, чтобы убедиться, что схема разряжается до транспортного оборудования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2
Рисунок 2. Сравнение капиллярных и ЭГД водных мостов.Горизонтальная капиллярной мост может охватывать только небольшой зазор 1,5 мм (а), тогда как горизонтальные ЭГД мосты на трех различных напряжений 4 кВ (б), 6 кВ (С), 8 кВ (D) легко проходить разрыв. Обратите внимание, что EHD мосты течь по доза- тогда капиллярной мост подвешен между носиками. Аналогично вертикальная капиллярной мост (е) имеет более узкую талию (~ 1,5 мм в диаметре.) И может быть продлен только ~ 3,3 мм в отличие от вертикальных ЭГД мостов, которые расширяемой. Три EHD мосты управляемые на 4 кВ (F), 6 кВ (г), и 8 кВ (ч) на таком же расстоянии разделения в качестве капиллярного моста показаны. Более высокое напряжение увеличивает моста диаметр талии, скорость потока и увеличение отопление в результате повышенной рассеиваемой мощности в мосту. Увеличение образования пузырьков наблюдается при более высоких напряжениях, как растворимость газа уменьшается с ростом температуры. Масштабная линейкаво всех кадрах составляет 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3 Характерные кривые для жидкого моста воды. Отношения между током и напряжением для жидких мостов воды на 0, 5, 10, 15 мм расстояние разделение построенные. Нижний порог, ниже которого нет жидкости мост не будет образовывать (см вставку фотографию в левом нижнем углу), и верхний порог, выше которого мосты являются нестабильными (вставка фото 1-4) связан область устойчивости. Для большинства мостов с некоторой измеримых расширения (т.е. ≥ 5 мм) общая рассеиваемая мощность лежит между 10 и 20 ватт. Разрыв моста за пределы верхнего порога будет часто следуют последовательность событий, прогрессирующих от нормального экспл.противоугоннойионная (вставка 1), чтобы утечка (вставка 2), провисание (вставка 3), и, наконец, разрыв (вставка 4). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4 увеличения объема. Вся поверхность жидкости из двух судов можно увидеть расти в ответ на приложенного электрического поля с помощью проектируемой двоичном интерференционной картины. Два тефлоновые стаканы, наполненные водой изображаются с прогнозируемым интерференционной картины на двух разных напряжениях а) 0 кВ и б) 15 кВ. Изменение проецируемого бахромой (панель с) анализируется с помощью IDEA 33 программное обеспечение, которое использует преобразование фильтруется Фурье для преобразования изменения в частоте бахрома модуляции вотносительный рост высота. Неравномерность обнаруженного сдвига связано с низкой пространственной частоты проецируемого бахромой и артефактов в связи с дискретного косинусного преобразования, основанную фазового метода раскрутки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5 Диэлектрофорез и электросмачивания. Электромеханический ответ глицерина высоких потенциальных электрических полей. Два платиновые электроды погружены в безводном глицерине при 0 кВ (а) и 19 кВ (б) показывают, как жидкость сильно приводом вверх. В модификации эксперимента Pellat в поднял объем полностью удаляется из которых охватывает водохранилища уступая EHD глицерина Bridgэ состоялась между двумя электродами (с). Кроме того, в случае стержневых электродов (D) на линии соприкосновения переходит на электрод с применением 15 кВ (E) повышение электроды тянет жидкость тело вверх, чтобы сформировать усеченного конуса (F), показывающий повышенную смачиваемость, порожденный сильной поля. Шкала баров являются 5 мм. Кадры взяты из дополнительных видео S1 (AC) и S2 (DF). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6 Sumoto эффект визуализируется в инфракрасном диапазоне. Последовательность Инфракрасное изображение из одного судна глицерина в неоднородном электрическом поле при условии, используя простой точки плоскости электродаСистема, показанная на видимый свет в панели (а). Мощность (19 кВ постоянного тока) применяется при Т = 0 сек. Часовой охлаждения поверхности происходит под точечным электродом (т = 15 с) Это местное охлаждение распространяется по поверхности и развивается неоднородности, генерацию силы поворота, а непосредственная изначально маленький и требует примерно 75 сек, чтобы стать видимым на поверхности. Время между кадрами составляет 15 сек. Шкала бар составляет 10 мм. Кадры из дополнительного видео S3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7 охлаждения Предварительно зажигания в системе моста вертикальной с 10 мм расстояние разделения. Верхний конус Тейлора и ниже сидячие капля вертикальной водяной мостик установлен-у р показаны крупным планом во время рампы напряжения. Изображения в длинноволновой инфракрасной области спектра и представляют собой эмиссию поверхности. Из изображений существует устойчивый охлаждения и удлинение (объявление) из обеих жидких поверхностей как приложенное напряжение увеличивается и достигает минимальной температуры 1-2 ° С ниже начальной (а) непосредственно перед выбросом струи (е) от верхнего конуса Тейлора. Нижний капли откаты заранее заряженной струи, но быстро присоединяется после контакта (EF), излучение быстро поднимается, как стабильная EHD жидкость мост устанавливается (г). Снижение температуры было подтверждено с помощью волоконно-оптического термо-зонд. Нижний сидячие капелька ~ 2 ° C теплее, чем верхнего конуса вследствие эксплуатации ранее; как правило, высокие напряжения судно будет достичь несколько более высокую температуру. Кадры из дополнительных видео S4 (верхний конус) и S5 (нижняя капельным путем).загрузить / 51819 / 51819fig7highres.jpg "цель =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 8
Рис.8 тепловизионные изображения горизонтальной водяной мостик от зажигания до исчезновения. Представитель серии из композитного середине волны (3.7-5.0 мкм) и длинноволнового (8,0-9,4 мкм) инфракрасных изображений, характеризующих эксплуатационные этапы для горизонтальных жидких мостов, показанных на вода: (а) зажигания, (б) расширение, (в) расширение, (г) стабилизация, (е) разрыв. В этой последовательности изображений мост был потушен отключения питания системы. Кадры из дополнительного видео S6. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотретьувеличенное рисунке.

Рисунок 9
. Рисунок 9. тепловизионные изображения вертикальной водяной мостик от зажигания до исчезновения представитель серии длинноволновой инфракрасной области спектра (7,5-9,0 мкм) изображения, характеризующие эксплуатационные этапы для вертикальных жидких мостов показано для воды: (а) зажигания, (б) расширение , (в) снижается напряжение, (г) образование лиганд, (е) разрыв в капельки под влиянием нестабильности Рэлея-плато. Прошедшее время показано в миллисекундах. В последние кадров фон контраст доводили до повышения капель визуализации. Кадры из дополнительного видео S7. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенное верСион этой фигуры.

Рисунок 10
Рисунок 10. термографических изображений горизонтальных перемычек в ДМСО и глицерин. Диметилсульфоксиде (ДМСО) (а) и глицерина (б) выделение мост в композицию середине волны (3.7-5.0 мкм) и длинноволновой инфракрасной области спектра (8,0-9,4 мкм). Кадры из дополнительных видео S8 (ДМСО) и S9 (глицерина). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Discussion

Успешное формирование стабильных и надежных EHD жидких мостов требуется уделить внимание некоторым простым, но важных деталей. Очень важно, что ионная проводимость растворов быть как практической (например, 1-5 мкСм / см). Знайте, что загрязнение воды может привести к увеличению проводимости для некоторых полярных жидкостей (например, глицерина). Вымойте все посуда хорошо обращая внимания на осторожном полоскании, используйте только изделия из свободной от загрязнений поверхности или дуговых индуцированной следы ожогов. В целом это хорошая практика, чтобы носить перчатки, когда справиться с любой оборудование для предотвращения кожных жиров и соли от загрязнения эксперимент. Электроды должны быть ультразвуком в течение нескольких минут в растворителе изучаемого и рекомендуется, что это "Термообработка", запустив продленного мост в течение 30-45 мин при высоких значениях тока (например, 3-5 мА), чтобы уменьшить среднее электрод реакций. Высокая чистота (например,> 99,9%благородные металлы) работают лучше всего, как электродных материалов и должен иметь достаточную площадь поверхности для того, чтобы поддерживать низкие плотности тока на порядка 10 А / м, чтобы уменьшить локальный нагрев.

В случае мостов, которые имеют плохую стабильность или трудно начать его сначала рекомендуется подтвердить проводимости ~ 1 мкс / см, и что нет никаких посторонних бассейны жидкости, которые могут позволить альтернативный текущий путь. В целом рекомендуется, чтобы все поверхности быть как можно более сухой, обратить особое внимание на тонких пленок, которые могут образовывать между судами и изоляционных плит. Если искрение происходит власть прерывания и уменьшить значение напряжения затем снова включите питание как устойчивый дуги приведет в "обугливания" пострадавших районов, которые могут привести к ухудшению стабильности моста или предотвращения моста зажигание все вместе. Если питание подается на систему выше порогового напряжения и не форм мостовых изолированный стеклянный стержень может быть использован, чтобы нарисовать жидкость вверх к гое контактные точки (например, стеклянную мензурку Изливы) между двумя судами. Если система продолжает вести себя в нестабильной моды чистить оборудование и начать все заново с свежей жидкостью. В противном случае, рекомендуется провести инвентаризацию окрестностях как крупных металлических предметов, материалов, которые поддерживают статический заряд, или сильные воздушные потоки могут нарушить мост и / или электрическое поле, которое поддерживает его.

Экспериментальная система легко изменены, чтобы соответствовать материалы, обычно доступные в большинстве лабораторий. Жидкие контейнеры могут быть от почти любого совместимого материала и особое внимание должно быть обращено на воспламеняемость контейнера или жидкой фазы в случае электрической дуги; например тефлон будет генерировать опасные газы при сжигании. Форма электродов, размещение, и материал также может быть изменен в соответствии с ограничениям данного настройке. Как правило, плоские электроды, изготовленные из фольги используются, но проволоки также может быть использован до тех пор, действующих принципов плотности принимаются во внимание. Приложенное электрическое поле может быть чистым DC, чистый AC или DC предвзятым AC. Все будет производить жидкие мостики внутри зависимой Частотный диапазон диапазон для жидкостей, описанных в литературе по электросмачивания на диэлектрической (EWOD) и диэлектрофореза (DEP) 9, которые определяют диапазон частот ответ от 20 Гц и до 20 кГц при умеренных напряжениях. Более высокие диапазоны частот также может генерировать мосты хотя они не были явно испытания и некоторые работники сообщили нижний предел для переменного тока вертикальных перемычек на 50 Гц 42. Ориентация тяжести также легко модифицировать, пока система может быть разработана, чтобы обеспечить свободные поверхности жидкости, которые являются стабильными без приложенного электрического поля. Эксперименты были проведены в отсутствие силы тяжести 41, который показал, что эти мосты имеют зависимость от стабилизирующего влияния силы тяжести, которая поддерживает хрупкий баланс сил в жидком моста.

ЛОР "> EHD жидкие мостики новый инструмент, который может быть добавлен в репертуар многих приложений естественнонаучных. Они позволяют исследование взаимодействия объемных и поверхностных сил с извне электрического поля. Они открывают возможность изучить новые средства смешивания различных жидкостей 37; изменения кинетики химических реакций 52; протонный транспорт 44,45 и изучения реакции биологических систем в таких условиях 53 Кроме того, эти мосты обеспечивают прямой доступ к поверхности жидкости без каких-либо физически объединительной структуры, которые уже получены новые. спектроскопические информация о динамике в жидкой воде 28 и намекает не только на существование электрически управляемой государственной выключателя в результате чего новые объемные свойства появляются 31, но при потенциале для изучения жидких жидкости фазовые переходы 54 по совершенно новому методу. Широкое промышленное применение ЭГД процессов (например, 26, и электрораспылительной 32,33 методы) наверняка могут извлечь выгоду из дальнейшего изучения этих тесно союзнических явлений.

Acknowledgments

Эта работа была выполнена в рамках TTIW-сотрудничества Wetsus, центра передового опыта в целях устойчивого технологии воды (www.wetsus.nl). Wetsus финансируется голландской Министерства экономики, Европейский союз фонд регионального развития, провинция Fryslân, город Леуварден и программа EZ / Компас из "Samenwerkingsverband Северная Nederland". Авторы хотели бы поблагодарить участников исследовательской темы «Прикладная Вода физики" для плодотворных дискуссий и их финансовую поддержку.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Borosilicate Crystallization Dishes VWR 216-0064
Double walled roundbottom flask with GL14 and GL8 openings along with 6 mm spherical joint port LGS SP757102a Custom glassware with minimum two openings one for electrode, one for bridge spout.
Adjustable Platforms Rudolf Grauer AG Swiss Boy 115
Motion Translation Stage Thorlabs MTS25/M-Z8E Complete motorized stage, controller, and power supply
Insulating Plates Should be appropriate for resisting the intended voltages without breakdown
Pt Electrodes Alfa-Aesar 000261 Wash and then sonicate in 18.2 MΩ water prior to use
HVPS FUG GmbH HCP 350-65000 65 kV DC at 5 mA maximum output
Fiber Optic Temperature Probe System OpSens OTG-F Sensor/ XXX-XXX Control Unit Readout speed 1 kHz, accuracy 0.01 K, probe size 120 μm
Long Wave Infrared Camera IRCAM GmBH Taurus 110K L 168 FPS 384 x 288 Sensitivity < 30 mK
Long Wave Infrared Camera FLIR FLIR 620 30 FPS 640 x 480 pixel Sensitivity to < 45 mK
Dual Band Mid- and Long-Wave Infrared Camera IRCAM GmBH Geminis 110k ML
Digital Camera Canon 550D Used for both video and still frames
Tripod Manfrotto 475B/405
18.2 MΩ Water Milli-Q Advantage Allow 24 hr to equilibrate after dispensing into clear borosilicate bottles
Methanol dehydrated with less than 0.0050% water AnalaR NORMAPUR VWR-BDH 20856.296 Keep dry until needed
Glycerol anhydrous for synthesis VWR - Merck Millipore 8.18709.1000 Keep dry until needed
Dimethylsulfoxide, ACS Grade VWR-BDH BDH1115-1LP Keep dry until needed

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Физика выпуск 91 мост с плавающей воды полярные диэлектрические жидкости жидкость мост электрогидродинамика термографии диэлектрофорез электросмачивания эффект Sumoto Армстронг эффект
Подготовка Электрогидродинамические Мосты от полярных диэлектрических жидкостей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wexler, A. D., López… More

Wexler, A. D., López Sáenz, M., Schreer, O., Woisetschläger, J., Fuchs, E. C. The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids. J. Vis. Exp. (91), e51819, doi:10.3791/51819 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter