Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Bir Yöntem Yüzey Oksidasyon ve İndirgeme yoluyla Sıvı Metal Yüzey Gerilim işleyin

doi: 10.3791/53567 Published: January 26, 2016
* These authors contributed equally

Abstract

Arayüzey gerilimi denetleme yüzey gerilimi baskın güçtür alt milimetre uzunluk ölçeklerinde en akışkanların şeklini, konumunu ve akışını değiştirmek için etkili bir yöntemdir. Çeşitli yöntemler, bu ölçekte, sulu ve organik ara yüzey gerilimini kontrol etmek için ana kadar; Bununla birlikte, bu teknikler, büyük olması nedeniyle ara yüzey gerilimi, sıvı metal için yarar sınırlıdır.

Sıvı metaller, elektronik ve elektromanyetik cihazlar, yumuşak gerilebilir ve şekil-reconfigurable bileşenleri oluşturabilir. Bu mekanik yöntemlerle (ör pompalama) ile bu sıvıları işlemek mümkün olsa da, elektrik yöntemler, küçültmek kontrolü ve uygulanması daha kolaydır. Ancak, en elektrik teknikler kendi sınırlamaları vardır:-on-dielektrik electrowetting mütevazı çalıştırılması için büyük (kV) potansiyelleri, elektrokapilarite, ara yüzey gerilimi nispeten küçük değişiklikler etkileyebilir ve sürekli Ele gerektirirctrowetting kılcalların içinde sıvı metalin fişleri ile sınırlıdır.

Burada, bir elektrokimyasal yüzey reaksiyonu yoluyla galyum ve galyum-bazlı sıvı metal alaşımlar harekete geçirmek için bir yöntem mevcut. Tersine çevrilebilir hızlı elektrolit içinde sıvı metalin yüzeyi üzerinde elektrokimyasal potansiyelini kontrol etmek ve (sıfıra yakın ̴500 mN / m) büyüklük üzerinde iki emriyle yüzey gerilimini değiştirir. Bundan başka, bu yöntem, bir karşı elektrot göre uygulanan çok az bir bölümünü bir potansiyel (1 V <) gerektirir. Gerilim elde edilen değişikliği, özellikle bir yüzey olarak hareket eden bir yüzey oksit tabakasının elektrokimyasal birikim nedeniyle; oksit çıkarılması ara yüzey gerilimini, ve tersi artırır. Bu teknik, bir elektrolit çeşitli uygulanan ve bunun dayandığı alt tabaka bağımsızdır edilebilir.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Elektrolit içinde sıvı metalin ara yüzey gerilim 1. manipülasyonu

  1. Oksidasyon
    1. Petri kabı içerisine (asidik veya bazik) sulu elektrolit doldurun. Oksit tamamen kaldırılmış olduğundan emin olmak için, bir konsantrasyonda daha büyük 0.1 M 24 (örneğin, 1 M NaOH veya 1 M HCI) olan bir asit veya baz kullanılır. Yaklaşık 1-3 mm derinliğe kadar çanak dolduracak bir hacim kullanın. Bu çözümler ile cilt temasından kaçınınız.
    2. Elektrotu içinde, bir galyum-esaslı bir alaşımdan (optimal olarak 10-500 ul arasında) bir damla yerleştirmek için bir şırınga kullanın. Örnekler ötektik galyum indiyum (EGAIN) ya da indiyum, galyum kalay (Galinstan) içerir. Saf galyum kullanılırsa, donmayı önlemek için, en az 30 ° C'ye kadar ısınmaya elektrolit.
    3. Çalışma elektrodu kurmak sıvı metal içine bakır tel yerleştirin. Damla daha küçük bir çapa sahip bir bakır tel kullanarak, ve e, üretici talimatlarına göre bir dijital multimetre kullanarakTel <1 Ê bir dirence sahip bir şekilde almalarının sağlanması. Asit veya baz olarak, sıvı metalin bakır ıslak ve böylece mükemmel bir elektrik teması oluşturacak.
    4. Çözelti içinde iletken bir karşı-elektrod (örneğin, bakır, grafit, platin, vb) koyun, fakat, sıvı metal ile temas halinde değildir. Karşı elektrot <1 Ê bir direnç varsa, boyutları dışındadır.
    5. Bir gerilim kaynağına bağlayınız ve sıvı metalin bir pozitif potansiyel uygulanır. Küçük şekil deformasyonu için, pozitif gerilimler uygulamak 1 V <büyük şekil deformasyonu (ve karşı elektrot karşı sıvı metalin hareketi) için 1 V, uygulamak>
      Not: solüsyonun konsantrasyonu ile ve karşı elektrot ile ilgili damla mesafesi elektrokimyasal bir yüzey oksidasyon oranı elektrolit oksit çözünme hızı ile rekabet ettiğinden ara yüzey geriliminde değişiklikler uyarması için gerekli olan voltajı belirler.
    Azaltma
    1. Boş bir Petri kabı içine bir şırıngadan sıvı metalin bir damla (10-500 ul) koyun.
    2. Metal submerges bir düzeye Petri kabı içine nötr sulu bir elektrolit dökün (örneğin 1 M sodyum florid (NaF) ya da 1 M sodyum klorür (NaCI)).
      Not: bir asidik (pH <3) ya da bazik çözelti (pH> 10) kullanılması, oksit kendiliğinden çözülmeye sebep olur.
    3. Bir çalışma elektrodu ve karşı elektrot olarak hareket etmek elektrolit içine bir iletken tel (örneğin, bakır) olarak hareket etmek sıvı metal içine bakır tel yerleştirin.
    4. Bir gerilim kaynağına bağlayınız ve sıvı metalin bir negatif potansiyel uygulanır. Yüzey oksit kaldırmak ve metal alt tabakadan dewet neden yaklaşık -1 V uygulayın. Metal karşı elektrot yüzü en yakın ilgili dewet gerekir.
    5. Tamamen oksit tabakasını kaldırmak için daha olumsuz potansiyellerin (<-1 V) uygulayın. Excès uygulamaktan kaçınınğı büyük negatif gerilimler nedeniyle elektrolit azalmasına sıvı metalin görünmesini hidrojen kabarcıkları önlemek için.

Sapsız damlacık yoluyla 2. Yüzey Gerilimi Ölçümü

  1. Bir lazer kesici veya freze aracını kullanarak, polimetilmetakrilat (PMMA) (~ 1 mm kalınlığında) bir parça kenarına merkezine doğrudan bir yol kesti tüm yol PMMA kalınlığı boyunca yolunu kesmeyin.; Sadece üzerinden yaklaşık yarım kesti. Bu parça, sıvı metal için bir alt-tabaka olarak hizmet edecektir. Diğer düz ve elektrik açıdan izole cam, seramik gibi malzemeler ya da alt-tabaka polimerler de teşkil edebilir.
  2. Aynı araç ile, PMMA merkezinden geçen bir 1 ila 2 mm delik açın.
  3. Bir kılavuz olarak yolunu kullanarak, PMMA merkezine maruz sadece ucu ile bir yalıtılmış bakır tel çalıştırın. O PMMA yüzey üzerinde çıkıntı böylece teli yerleştirin. Sızdırmaz yapıştırıcı ile yerine tel mühür. KesilmişSadece PMMA yüzeyi üzerinde tel, ama çok uzak (~ ötesinde 100 mikron) uzatmak izin vermeyin ya da damla şeklini rahatsız edecektir.
  4. Bant net bir görüntü elde edilebilir hangi aracılığıyla şeffaf bir kabın içine PMMA parçası düştü. 1 M NaOH ile doldurunuz ve çıkıntı yapan, bakır teli üzerinde sıvı metalin bir 25-50 ul damla yerleştirin. Bu tel çalışan elektrot olarak görev yapacak ve damlacık ıslak olacaktır.
  5. Platin örgü karşı elektrot ve çözelti, doymuş bir gümüş / gümüş klorür (Ag / AgCİ) referans elektrotu yerleştirin. Bir potentiyostat için elektrotların tüm bağlayın.
  6. Damla yüzey profili açıkça görülebilir böylece temas açısı gonyometre içinde kap yerleştirin. Referans elektroduna göre gerilimi kontrol etmek için potansiyostat kullanın ve şekli ve damla böylece ara yüzey gerilimini ölçmek için gonyometre kullanın. Açıölçer ölçme sesil damla arayüzey TENSI yeteneğine sahip olduğundan emin olunon; Bir yatay olarak monte kameradan alınan 25 damla görüntüleri özel eksenel simetrik şekil analizi kullanmak da mümkündür.

3. Kılcal Enjeksiyon

  1. 1 M NaOH çözeltisi ile, bir cam kılcal doldurun. Kılcal çap, ~ 1 mm olmalıdır.
  2. Sıvı metalin bir düşüşe karşı kılcal gömme bir ucunu yerleştirin. Tablodan (yerçekimi, yani dik) yüzeyine paralel olacak şekilde kılcal hizalayın. Sıvı metal damla ve elektrolit dolu kılcal arasındaki hava boşlukları kaçının. Bir silme montaj sırasında sızmış olabilir herhangi bir aşırı elektrolit kapalı dab kullanma.
  3. Kılcal açık ucu sıvı metal bir bakır tel (çalışma elektrotu) ve iletken bir karşı elektrot (örneğin bakır tel) koyun temas çözeltisi, böylece.
  4. Bir gerilim kaynağına bağlayınız ve sıvı metalin bir pozitif potansiyel uygulanır. Sıvı metal c dolum başlamalıdırapillary (karşı elektrot aşırı baloncuk oluşumuna neden olur, büyük potansiyelleri kaçının).

4. Kılcal Çekilme

  1. Polidimetilsiloksan (PDMS) oluşan mikroakışkan kanalları imal etmek yumuşak 26 taşbaskı ve çoğaltma kalıplama teknikleri yararlanın. 100 mikron boyunda, yaklaşık 100 1,000 mikron genişliğinde kanallar, Üretiyor, uzun 25 65 mm.
    Kanal 100 mikron boyunda geniş 1,000 mikron, boyutları ve 65 mm uzunluğunda kanal tutarlı sonuçlar üretti, ama diğerleri de işe yarayabilir: Not. Seçenek olarak ise, bir cam kılcal (örneğin, 1 mm çaplı, borosilikat cam) kullanılarak PDMS mikrokanallar kullanımı.
  2. Sıvı metal enjekte el ile ya da tamamen kanal doldurmak için bir şırınga pompası kullanılarak (yani, 1000 um, 100 um genişliğinde boyunda ve 65 mm uzunluğunda bir kanal için 6,5 mm3).
  3. 1 M NaOH ya da 1 M HCl batırılmış olan bir pamuklu çubuk kullanarak, li aşırı miktarda kaldırmakböylece kanalının girişinde (ve, eğer gerekliyse, çıkışı) sterlin metali, metal PDMS üst yüzeyi ile aynı kalır.
  4. Bu elektrolit ancak metal dokunur (örneğin, bakır, platin ya da tungsten teller), öyle ki anot elektrolit (örneğin, 1 M NaCI) kanalın bir ucunu daldırın ve yerleştirin.
  5. Sıvı metal kendisi bir katot olarak hareket eder ve böylece kanalın diğer ucunda metal yüzeyine ayrı bir elektrot (örneğin, Cu tel) şirketinden.
  6. Bir gerilim kaynağına veya potentiyostat bu teller (yani, anot ve katot) bağlayınız ve elektrik devresi tamamlayın. Üç elektrot sistemi için, ancak elektrolit damla içine submerges şekilde referans elektrot yerleştirin.
  7. Indirgeyici voltaj uygulamadan önce, deneyler kaydetmek için bir tripod veya bir mikroskop bir video kamera monte. Odak her şeyi almak otofokus modunu kullanın. Daha iyi bir kontrole sahip manuel odaklama yararlanınalanında, beyaz dengesi ve ISO derinliği. Gerekirse, daha yüksek F durağı (yani, 11 ya da daha yüksek), 1/100 inci deklanşör, otomatik beyaz denge ve otomatik ISO kullanın.
  8. Denemeyi kaydetmeye başlayın. Mikrokanallar sıvı metalin çekilmeye yaklaşık -1 V uygulayın. Nötr elektrolit hareket durdurmak için metal neden gerilim kapatın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Şekil 1, bir oksidasyon ve redüksiyon basit iki elektrotlu tekniğinin bir örneğini göstermektedir. Bu durumda, 1 M NaOH çözeltisi rehber bir bakır tel yerleştirilir sıvı metalin bir 70 ul damla bir elektrik bağlantısı kurmak. 1 M NaOH nedeniyle arayüzey gerilimi kadar boncuk için metal metal yüzey oksit kaldırır ve izin verir. Damla ve bir platinyum örgü karşı elektrot arasında bir 2,5 V potansiyel uygulanması damla yüzeyi okside olur ve karşı elektrot (Şekil 1A ii) doğru göç ederken damla yayılır. Sıvı metal, bir -1 V potansiyel uygulanması (NaOH ile okside çıkarılması ek olarak) oksit, damlacıklar metalin neden kaldırır ve bağlı indirgeyici potansiyeli (Şekil 1 Ai damla üzerindeki hidrojen kabarcıkları oluşturur). Hidrojen kabarcıkları nedeniyle muhtemelen çözeltide proton azaltan ücretsiz elektrokimyasal yarı tepkimeye platin karşı elektrot üzerine oluştururlar.

Bir electrocapillary eğri (Şekil 1 B) etkili yüzey gerilimi oksit tabakası formları dramatik bir düşüş gösterir. Bu veriler, doymuş bir Ag / AgCI referans elektrodu kullanılarak 1 M NaOH içinde alınmıştır. Bu durumda, açık devre potansiyeli yaklaşık -1.5 V Ag / AgCİ vs, ve oksit katmanı -1,3 V genel Ag / AgCİ (noktalı çizgiler ile belirtilmiştir) yakınında oluşturulur. Benzer görüngübilimsel davranış 1 M HCI sonuçlarının kullanılması, hatta oksidatif potansiyellerde metal yüzeyinde kabarcık oluşumu, görsel analiz zorlaştırır.

(Örneğin, 1 M NaOH ile çıkarılır) oksit yokluğunda, çıplak sıvı metal yüksek bir yüzey gerilim sıvıdır ve fig gösterildiği gibi küresel bir şekli benimser2 A re. Sıvı metalin bir damla 1 M NaOH ile dolu bir kılcal boru bitişik durur. Şekil 2 B ile gösterildiği gibi bir ıslak havlu, damlacık altından fazla elektrolitin kaldırır. Bir bakır tel anot ve diğer elektrot oluşturmak üzere damlacık dokunur (yani, katod; olmayan, Şekil 2'de gösterildiği gibi) bir elektrolit doldurulmuş kılcal tüp içinde durmaktadır. Şekil 2, C'de gösterildiği gibi kılcal elektrolit, iki elektrot arasında devreyi tamamlar. 1 V uygulanması gelen ara yüzeyde yüzey gerilimini düşüren ve Şekil 2, D 'de gösterildiği gibi kılcal dolduracak sıvı metal neden olur. Metal borunun ucu ile aynı hizada ise bu deney iyi çalışır.

Buna karşılık, bir indirgeyici önyargı oksit cildi temizler ve beni döndürürBüyük yüzey geriliminin bir devlet tal. Bu tür bir örnek Şekil 3 A gösterilmiştir. Oksit Cilt nötr bir elektrolit (Şekil 3 Ai) daldırılmış sıvı metalin bir su birikintisi şekli stabilize eder. Bir indirgeme önyargı uygulama Şekil 3 A'da gösterildiği gibi, metal damlacıklar sağlayan oksit derisini kaldırır (II-III). Bu kılcal davranışları 21 ikna etmek için indirgeyici potansiyelleri kullandığından beri biz bu tekniği "recapillarity" diyoruz. Bu dönemde diğer ima kılcal davranışı ya da birden çok kez kapalı olmasıdır. Örneğin, aksi takdirde EGAIN (4.1 tarif edilmiştir) kanallarda metal stabilize oksidi indirgemek PDMS mikroakışkan kanal çekilebilir. Şekil 3B-D böyle bir deney dizisini göstermektedir.

Biz eklemekşırınga kılcal bir ucunda iğne ve yavaş yavaş kılcal içine şırınga metali zorlamak için şırınga pistonu itin. Biz polimetilmetakrilat (PMMA) oluşan özel bir tutucu dolu kılcal yerleştirin. Tutucu teller eklemek için kılcal iki delik sabitlemek için iki oluklar, iki rezervuar vardır ve aynı zamanda Şekil 3 B'de gösterildiği gibi, bant seçeneği bir cetvel vardır. Elektrolit (örneğin, bir sulu sodyum florür) Şekil 3 C'de gösterildiği gibi, kılcal sonuna anodu bağlayan metal enjekte sonra hazneye ilave edildi. Kılcal diğer ucundaki boru temas karşı elektrot içindeki metal devresini tamamlamak için. 1V indirgeme önyargı uygulanması geri çekilmesi ve Şekil 3, D'de gösterildiği şekilde uzak anottan taşımak için metal neden olur. Daha sonra, biz varsaymak karşılaştırarak çekilme hızını ölçmekzamana bağlı olarak metal iyonu. Böyle bir hız grafiği Şekil 3 D 'de gösterilmiştir. Metal uzak anottan hareket ederken hız azalır. Bu hız bozunma anot ve sıvı metal arasındaki 21 elektrik direncindeki artış kaynaklanmaktadır.

figür 1
Şekil 1. (A) damla ve bir platinyum karşı elektrot mesh çözeltisi eklenmiş bir bakır telle 1 M NaOH içinde batık EGAIN bir damla,. damla tatbik i) -1 V potansiyel damlacıklar metalin sağlar ve metal yüzeyi üzerinde hidrojen oluşur. ii) damla uygulanan bir 2.5 V potansiyel yayılma indükler. (B) 1 M NaOH içinde bir EGAIN damla bir electrocapillary eğrisi. Indirgeyici tarafı (-1.4 V vs Ag / AgCl altında gerilimler) geleneksel elektrokapilarite gösteriroksidatif yan Referans 1 (Copyright 2014, Ulusal Bilimler Akademisi, ABD) uyarlanan yüzey gerilimi. Şekil 1B belirgin bir düşüş gösterirken, davranış. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Oksidatif önyargı kullanılarak sıvı metalin Şekil 2. Kılcal enjeksiyonu. (A) sıvı metal temas elektrolit dolu bir kılcal tüp açılması bir damla. (B) boru hizalanmış ve düşüşe karşı itilir. Bir elektrolit aşırı miktarda kaldırır silin. (C) Bu deneysel set-up görüntü etiketli. Metale 1 V (D) Uygulama yüzeyi OXID ile metal yüzey gerilimini düşürüration ve indükler akış. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. (A) 1 M NaF çözeltisinde sıvı metalin bir düşüş. i) oksit çözeltisi içinde stabil, küresel olmayan birikintisi sağlar. ii-iii) -1 V potansiyeli Uygulanması kadar boncuk için metal neden olur. (B) Bir özel yapılmış akrilik alt-tabaka elektrot içine sokulduğu iki rezervuar sahiptir. EGAIN dolu bir 70 mm uzunluğunda, 1 mm ID cam kılcal iki rezervuar kapsar. Alt tabaka sıkıca bu kılcal sığdırmak için iki oluk vardır. Elektrolit (C) bir damla, bir hazneye ilave edilir ve olduğu gibi diğer hazne bırakılır. Bazen ince uçlu bir iğne kullanılarak minimize edilebilir formu, kabarcıklar. ( (E) Çekilme hızı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu yöntem, bir yüzey oksidin depozisyonunu ve kaldırma sürücü küçük voltajları kullanarak galyum-bazlı sıvı metal yüzey gerilimini kontrol eder. Yöntem yalnızca elektrolitler içinde çalışmasına rağmen, bu, basit ve farklı koşullar çeşitli çalışır, ancak kayda değer incelikler vardır. Elektrik potansiyeli olmaması durumunda, hem asidik hem de bazik çözeltiler oksit 27 uzak etch. Oksidatif potansiyelin uygulanması asidik ve bazik çözeltiler de dahil olmak üzere, tüm sulu elektrolit, yüzey oksit oluşumunu yönlendirir. Bununla birlikte, asidik ya da bazik çözeltiler içinde oksidin çözünmesi oksit tabakasının aşırı birikmesini önlemek için oksit birikimi ile rekabet eder. Kalın bir oksit tabakası oluşumu oksit hareketine mekanik bariyer sağlar muhtemelen çünkü, akış engeller. Bu inhibisyon yayılma süresince zararlı değil, aynı zamanda metal şeklini stabilize etmek için bir yöntem temin edilebilir.

e_content "> ara yüzey gerilim potansiyeli bir fonksiyonu olarak, sürekli olarak değişir. Yüzey gerilimi Yüzey oksit kaldırır potansiyelinde en büyüğüdür. nedeniyle, klasik elektrokapilarite biraz yüzey gerilimini azaltmak olacak daha fazla redüktif (daha negatif) olan Potansiyelleri (bakınız Şekil 1B). Bu azalma Faradaysal süreçleri (örneğin, hidrojen oluşumu) yüzeyinde ortaya kadar potansiyel bir fonksiyonu olarak devam eder.

Bunun aksine, yüzey gerilimi potansiyeli önemli ölçüde düşünceye oksit İlk formları (bakınız Şekil 1B). (Pozitif) potansiyel arttırılması bunun nedeni, muhtemelen yüzey oksit daha iyi bir kapsama kadar, yüzey gerilimini düşürmek için devam eder. "Kritik potansiyeli" ötesinde, açılan fraktal gibi desenleri oluşturan ve karşı elektrot doğru göç, sınır olmadan yayılan başlayacak. Bu hareket damlası kopana kadar con gerilim kaldırılıncaya kadar devam eder, ya daçalışma elektrodu ile başvurunuz. Kritik potansiyeli üzerindeki bölgede oluşan şekiller hala araştırılmaktadır ama sıfıra yakın olması yüzey gerilimi atfedilir. Ayrıntılar literatürde 1 bulunabilir.

Metal ara yüzey gerilim voltajı küçük değişikliklere duyarlıdır. Bu sıvı metal uygulanan potansiyelin üzerinde metal ve kontrolü ile mükemmel elektriksel temas olması önemlidir. Buna ek olarak, elektrolit içinde bir asit veya baz varlığı oksit tabakası eritilerek elektrokimyasal oksidasyonu ile rekabet eder. Bu rekabet süreci karmaşık bir düzeyi ekler; arayüzünde meydana karmaşık süreci anlamak bu yöntemi ilerleyen için kritik olacak.

Yükseltgen ve indirgen işlemler ve kılcal üzerinden metal akışı üzerindeki kontrolünü sağlamak için birleştirilebilir. Örneğin, kılcal içine metal enjekte oksidatif potansiyeli kullanmak mümkündür(Şekil 3 'de gösterildiği gibi, öncü menisküs ara yüzey gerilimini arttırarak) kılcal geri çekilmeye neden metal indirgeyici potansiyelleri kullanımı, daha sonra (şekil 2' de gösterildiği gibi, öncü menisküs yüzey gerilimini düşürerek) ler 28,29. Enjeksiyon çekilmesi daha yavaş gibi görünüyor olsa da, bu yaklaşımın sınırları ve yetenekleri, henüz tam olarak tespit edilmelidir. Metal enjekte oksidasyonunu kullanarak üç kritik adımları içermektedir. İlk olarak, kılcal biz metal ve metal gibi kılcal duvarları arasında ince bir su "kayma tabakası" yaratır inanıyorum elektrolit ile doldurulmuş olmalıdır. Şekil 3 'de gösterildiği gibi ikinci bir boru içine enjekte metal bir metal kordon ve kılcal sonu arasındaki hizada temas olmasını gerektirmektedir. Bu yakın temas potansiyel düşüş elektrolit / metal yüzlerinde meydana gelir ve şarj için yollar sağlar önler Bu int bypasserface.

Bu metal yüzey gerilimini kontrol etmek için, iki ya da üç elektrot elektrot ya da sistemleri kullanmak mümkündür. İki elektrot sistemi sadece bir çalışma elektrodu, sayaç elektrot ve gerilim kaynağı gerektiren basit olanıdır. İki elektrotlu sistem gösteriler için uygun olsa da, karşı elektrot potansiyel kayması. Hassas elektrokimyasal ölçümler üç elektrot sisteminin istikrarı yarar (yani, bir referans elektrot ve bir potansiyostat). Bu sistem geriliminin daha iyi kontrol sağlar ve akımın doğru bir okuma sağlar.

Mütevazı voltajlar kullanılarak ara yüzey gerilimini kontrol etme yeteneği alt mm uzunluğunda ölçekte metalik yapılar şekil, akış ve konum kontrolü için gelecek vadeden bir yöntemdir. Biz bu teknik şekil reconfigura uygulamaları bulabilir, hangi talep üzerine şekil değiştirme metalik yapılar oluşturmak için yararlı olabilir inanıyorumble elektronik, ayarlanabilir antenler, anahtarlar, mikroakışkan bileşenler, optofluidics ve şekil değiştiren meta-malzemeler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Eutectic Gallium Indium Indium Corporation
Sodium Hydroxide Fisher Scientific 2318-3
Hydrochloric Acid Fisher Scientific A481-212
Sodium Fluoride Sigma-Aldrich 201154
Optical Adhesive Norland NOA81
Polydimethylsiloxane (Sylgard-184) Dow Corning Silicone Elastomer Kit
Borosilicate Glass Capillaries Friedrich and Dimmoch B41972
Ag/AgCl Reference Electrode Microelectrodes Inc. MI-401F
Voltage Source Keithley 3390
Potentiostat Gamry Ref 600
Laser Cutter Universal Laser Systems VLS 3.50

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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. 402, (6763), 794-797 (1999).
  3. Daniel, S., Chaudhury, M. K., Chen, J. C. Fast Drop Movements Resulting from the Phase Change on a Gradient Surface. Science. 291, (5504), 633-636 (2001).
  4. Ichimura, K., Oh, S. K., Nakagawa, M. Light-driven motion of liquids on a photoresponsive surface. Science. 288, (5471), 1624-1626 (2000).
  5. Gallardo, B. S., et al. Electrochemical principles for active control of liquids on submillimeter scales. Science. 283, (5398), 57-60 (1999).
  6. Zhao, B., Moore, J. S., Beebe, D. J. Surface-Directed Liquid Flow Inside Microchannels. Science. 291, (5506), 1023-1026 (2001).
  7. Chaudhury, M. K., Whitesides, G. M. How to Make Water Run Uphill. Science. 256, (5063), 1539-1541 (1992).
  8. Lahann, J., et al. A reversibly switching surface. Science. 299, (5605), 371-374 (2003).
  9. Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. Materials and Mechanics for Stretchable Electronics. Science. 327, (5973), 1603-1607 (2010).
  10. Bauer, S., et al. 25th Anniversary Article: A Soft Future: From Robots and Sensor Skin to Energy Harvesters. Adv. Mater. 26, (1), 149-162 (2013).
  11. Ozbay, E. Plasmonics: Merging Photonics and Electronics at Nanoscale Dimensions. Science. 311, (5758), 189-193 (2006).
  12. Monat, C., Domachuk, P., Eggleton, B. J. Integrated optofluidics: A new river of light. Nat. Photonics. 1, (2), 106-114 (2007).
  13. Schurig, D., et al. Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies. Science. 314, (5801), 977-980 (2006).
  14. Dickey, M. D. Emerging Applications of Liquid Metals Featuring Surface Oxides. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (21), 18369-18379 (2014).
  15. Dickey, M. D., et al. Eutectic gallium-indium (EGaIn): A liquid metal alloy for the formation of stable structures in microchannels at room temperature. Adv. Funct. Mater. 18, (7), 1097-1104 (2008).
  16. Regan, M. J., et al. X-ray study of the oxidation of liquid-gallium surfaces. Phys. Rev. B. 55, (16), 10786-10790 (1997).
  17. Giguère, P. A., Lamontagne, D. Polarography with a Dropping Gallium Electrode. Science. 120, (3114), 390-391 (1954).
  18. Frumkin, A., Polianovskaya, N., Grigoryev, N., Bagotskaya, I. Electrocapillary phenomena on gallium. Electrochim. Acta. 10, (8), 793-802 (1965).
  19. Lippmann, G. France Université. Relations entre les phénomènes électriques et capillaires. Gauthier-Villars. (1875).
  20. Tsai, J. T. H., Ho, C. M., Wang, F. C., Liang, C. T. Ultrahigh contrast light valve driven by electrocapillarity of liquid gallium. Appl. Phys. Lett. 95, (25), 251110 (2009).
  21. Khan, M. R., Trlica, C., Dickey, M. D. Recapillarity: Electrochemically Controlled Capillary Withdrawal of a Liquid Metal Alloy from Microchannels. Adv. Funct. Mater. 25, (5), 671-678 (2015).
  22. Saltman, W., Nachtrieb, N. The Electrochemistry of Gallium. J. Electrochem. Soc. 100, 126-130 (1953).
  23. Perkins, R. Anodic-Oxidation of Gallium in Alkaline-Solution. J. Electroanal. Chem. 101, 47-57 (1979).
  24. Xu, Q., Oudalov, N., Guo, Q., Jaeger, H. M., Brown, E. Effect of oxidation on the mechanical properties of liquid gallium and eutectic gallium-indium. Phys. Fluids. 24, 063101 (2012).
  25. Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces. J. Colloid Interface Sci. 93, 169-183 (1983).
  26. Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft Lithography. Annu. Rev. Mater. Sci. 28, (1), 153-184 (1998).
  27. Pourbaix, M. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. Natl Assn of Corrosion. (1974).
  28. Gough, R. C., et al. Rapid electrocapillary deformation of liquid metal with reversible shape retention. Micro Nano Syst. Lett. 3, (1), 1-9 (2015).
  29. Wang, M., Trlica, C., Khan, M. R., Dickey, M. D., Adams, J. J. A reconfigurable liquid metal antenna driven by electrochemically controlled capillarity. J. Appl. Phys. 117, (19), 194901 (2015).
Bir Yöntem Yüzey Oksidasyon ve İndirgeme yoluyla Sıvı Metal Yüzey Gerilim işleyin
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Eaker, C. B., Khan, M. R., Dickey, M. D. A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction. J. Vis. Exp. (107), e53567, doi:10.3791/53567 (2016).More

Eaker, C. B., Khan, M. R., Dickey, M. D. A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction. J. Vis. Exp. (107), e53567, doi:10.3791/53567 (2016).

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