Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Een methode om oppervlaktespanning van een Liquid Metal Manipuleer via oxidatie en reductie

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

Abstract

Controlling grensvlakspanning is een effectieve methode voor het manipuleren van de vorm, positie en vloeistofstroom op sub-millimeter lengteschalen, waarbij grensvlakspanning is een dominante kracht. Verschillende werkwijzen bestaan ​​voor de grensvlakspanning van waterige en organische vloeistoffen op deze schaal; Maar deze technieken nut voor vloeibare metalen beperkt vanwege hun grote grensvlakspanning.

Vloeibare metalen kunnen zacht, rekbaar, en de vorm-herconfigureerbare componenten in elektronische en elektromagnetische apparaten vormen. Hoewel het mogelijk is deze vloeistoffen via mechanische methoden (bijvoorbeeld pompen) te manipuleren, elektrische werkwijzen gemakkelijker te miniaturiseren, controle en implementeren. Echter, de meeste elektrische technieken hebben hun beperkingen: electrowetting-on-diëlektrische vereist grote (kV) potentieel voor bescheiden bediening, electrocapillarity kunnen beïnvloeden relatief kleine veranderingen in de grensvlakspanning en continue electrowetting beperkt tot pluggen van het vloeibare metaal in capillairen.

Hier presenteren we een werkwijze voor het bedienen van gallium en gallium gebaseerde vloeibare metaallegeringen via een elektrochemische reactie oppervlak. Beheersing van de elektrochemische potentiaal van het oppervlak van het vloeibare metaal in elektrolyt snel en wederzijds verandert de grensvlakspanning meer dan twee orden van grootte (̴500 mN / m tot bijna nul). Bovendien vereist deze werkwijze slechts een zeer geringe potentiaal (<1 V) aangebracht ten opzichte van een tegenelektrode. De resulterende verandering in spanning vooral door de elektrochemische afzetting van een oppervlak oxidelaag, die fungeert als een oppervlakteactieve stof; verwijderen van de oxide verhoogt de grensvlakspanning en vice versa. Deze techniek kan worden toegepast in een breed scala van elektrolyten en onafhankelijk is van het substraat waarop het rust.

Protocol

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

1. Manipulatie van de grensvlakspanning van Liquid Metal in Elektrolyt

  1. Oxydatie
    1. Giet een waterig elektrolyt (zuur of basisch) in een petrischaal. Om het oxide volledig verwijderd, gebruikt een zuur of base met een hogere concentratie dan 0,1 M 24 (bijvoorbeeld 1 M NaOH of 1 M HCl). Gebruik een volume dat de schotel zal vullen tot een diepte van ongeveer 1-3 mm. Vermijd contact van de huid met deze oplossingen.
    2. Gebruik een spuit een druppel (optimaal tussen 10-500 pl) van een gallium gebaseerde legering in het elektrolyt te plaatsen. Voorbeelden zijn eutectische gallium indium (eGain) of gallium indium tin (Galinstan). Als zuivere gallium gebruikt, verwarmen de elektrolyt ten minste 30 ° C om bevriezing te voorkomen.
    3. Plaats een koperdraad in het vloeibare metaal naar de werkelektrode stellen. Gebruik een koperdraad met een diameter kleiner dan die van de druppel en een digitale multimeter volgens de instructies van de fabrikant naar eNSure dat de draad heeft een weerstand van <1 Ω. In zuur of base, wordt het vloeibare metaal de koperen bevochtigen en daardoor vormen een uitstekend elektrisch contact.
    4. Plaats een geleidende tegenelektrode (bijvoorbeeld koper, grafiet, platina, etc.) in de oplossing, maar niet in contact met het vloeibare metaal. Als de contra-elektrode een weerstand van <1 Ω, de afmetingen zijn irrelevant.
    5. Sluit de draden met een spanningsbron en een positieve potentiaal aan het vloeibare metaal. Voor kleine vorm vervorming, gelden positieve spanningen <1 V. Voor grotere vorm vervorming (en de beweging van het vloeibare metaal naar de contra-elektrode), van toepassing> 1 V.
      Opmerking: De concentratie van de oplossing en de afstand van de druppel uit de tegenelektrode bepalen de spanning die nodig is om veranderingen in de grensvlakspanning te induceren aangezien de snelheid van de elektrochemische oxidatie concurreert met de snelheid van ontbinding oxide elektrolyt.
    Reductie
    1. Verdeel een druppel (10-500 pl) van het vloeibare metaal uit een injectiespuit in een lege petrischaal.
    2. Giet een neutrale waterige elektrolyt in de petrischaal (bijvoorbeeld 1 M natriumfluoride (NaF) en 1 M natriumchloride (NaCl)) naar een niveau dat het metaal dompelt.
      Opmerking: zal gebruik van een zure (pH <3) of basische (pH> 10) bewerkstelligen dat het oxide spontaan oplossen.
    3. Plaats een koperdraad in het vloeibare metaal op te treden als een werkelektrode en een geleidende draad (bijvoorbeeld koper) in de elektrolyt op te treden als de tegenelektrode.
    4. Sluit de draden met een spanningsbron en een negatieve potentiaal aan het vloeibare metaal. Breng ongeveer -1 V het oppervlak oxide te verwijderen en veroorzaken het metaal Dewet van het substraat. Het metaal moet Dewet aan de zijde het dichtst bij de tegenelektrode.
    5. Solliciteer negatiever potentials (<-1 V) aan de oxidelaag volledig te verwijderen. Vermijd het aanbrengen van excestend grote negatieve spanningen om waterstof te bellen voorkomen, dat ze op het vloeibare metaal als gevolg van vermindering van de elektrolyt.

2. Surface Tension Measurement via Sessile Droplet

  1. Het gebruik van een laser cutter of frees, snijd een direct pad van het midden naar de rand van een stuk van polymethylmethacrylaat (PMMA) (~ 1 mm dik) Mis pad niet snijden helemaal door de dikte van het PMMA.; alleen knippen ongeveer halverwege. Dit stuk zal dienen als een substraat voor het vloeibare metaal. Andere vlak en elektrisch isolerende materialen zoals glas, keramiek of polymeren kunnen ook dienen als substraat.
  2. Met hetzelfde gereedschap, snijd een 1 mm 2 gat door het midden van het PMMA.
  3. De pad als leidraad, uitvoeren van een geïsoleerde koperdraad met het topje blootgesteld aan het midden van het PMMA. Plaats de draad, zodat het uitsteekt over de PMMA oppervlak. Verzegeling van de draad op zijn plaats met een lekvrije lijm. Besnoeiingde draad net boven de oppervlakte van de PMMA, maar laat het niet verlengen te ver (buiten ~ 100 micrometer) of het zal de vorm van de druppel verstoren.
  4. Tape de PMMA stuk beneden in een transparante houder waardoor een duidelijk beeld worden verkregen. Vul het vat met 1 M NaOH en plaats een 25-50 ul druppel vloeistof metaal op de uitstekende koperdraad. Deze draad zal dienen als de werkelektrode en de druppel bevochtigen.
  5. Plaats een platina gaas tegenelektrode en een verzadigde zilver / zilverchloride (Ag / AgCl) referentie-elektrode in de oplossing. Sluit alle elektroden een potentiostaat.
  6. Plaats de houder in een contacthoek goniometer zodat het oppervlakteprofiel van de druppel duidelijk zichtbaar. Gebruik de potentiostaat de spanningsregeling opzichte van de referentie-elektrode en gebruik de goniometer de vorm en daarmee de grensvlakspanning van de druppel gemeten. Zorg ervoor dat de goniometer is geschikt voor het meten sessiele druppel grensvlak Tensiop; Het is ook mogelijk om eigen axisymmetrische vormanalyse drop beelden uit een horizontaal gemonteerde camera 25 gebruikt.

3. Capillaire Injectie

  1. Vul een glazen capillair met een oplossing van 1 M NaOH. De capillaire diameter moet ~ 1 mm zijn.
  2. Plaats een uiteinde van het capillair vlak tegen een druppel vloeibaar metaal. Lijn de capillaire zodat deze evenwijdig met het oppervlak van de tabel (dat wil zeggen, loodrecht op de zwaartekracht) is. Vermijd luchtspleten tussen het vloeibare metaal drop en-elektrolyt gevulde capillaire. Met behulp van een veeg, dep de overtollige elektrolyt die tijdens de montage kunnen hebben gelekt.
  3. Plaats een koperdraad (werkelektrode) in het vloeibare metaal en een geleidende tegenelektrode (bijvoorbeeld koperdraad) in het open uiteinde van de capillair, zodat deze de oplossing.
  4. Sluit de draden met een spanningsbron en een positieve potentiaal aan het vloeibare metaal. Het vloeibare metaal moet beginnen vullen van de capillary (vermijd grote potentieel dat overtollige vorming van zeepbel op de tegenelektrode zal veroorzaken).

4. capillaire Intrekking

  1. Gebruik maken van zachte lithografische 26 en replica gieten technieken om microfluïdische kanalen samengesteld uit polydimethylsiloxaan (PDMS) fabriceren. Fabriceren kanalen die ongeveer 100 tot 1000 urn breed, 100 urn lang en 25 tot 65 mm lang.
    Opmerking: Channel afmetingen 1000 micrometer breed, 100 micrometer lang en 65 mm lang kanaal geproduceerd consistente resultaten, maar anderen kunnen ook werken. U kunt ook gebruik maken van glas haarvaten (bijvoorbeeld 1 mm diameter, borosilicaatglas) in plaats van PDMS microkanalen.
  2. Injecteren vloeibaar metaal handmatig of met behulp van een injectiespuit pomp om het kanaal volledig te vullen (dat wil zeggen, 6,5 mm 3 voor een 1000 micrometer breed, 100 micrometer lang en 65 mm lang kanaal).
  3. Met behulp van een wattenstaafje dat is ondergedompeld in 1 M NaOH of 1 M HCl, verwijder overtollige hoeveelheden liquid metaal uit de inlaat (en, indien nodig, de uitlaat) van het kanaal, zodat het metaal blijft gelijk met het bovenvlak van het PDMS.
  4. Dompel een uiteinde van het kanaal in elektrolyt (bijvoorbeeld 1 M NaCl) en plaats de anode (bijvoorbeeld draden van koper, platina of wolfraam) zodanig dat deze tegen de elektrolyt maar niet het metaal.
  5. Aan het andere uiteinde van het kanaal, contact aparte elektrode (bijvoorbeeld Cu draad) op het metaaloppervlak zodat vloeibaar metaal zelf dient als kathode.
  6. Verbind deze draden (dat wil zeggen, anode en kathode) met een spanningsbron of een potentiostaat en vul het elektrische circuit. Voor een drie elektroden systeem, plaatst de referentie-elektrode zodat het nauwelijks dompelt in de druppel elektrolyt.
  7. Alvorens een reducerend spanning, zet een videocamera op een statief of een microscoop om de experimenten te nemen. Gebruik autofocus om alles in beeld te krijgen. Gebruik maken van handmatige scherpstelling om een ​​betere controle over hebbenscherptediepte, witbalans en ISO. Indien nodig, gebruik maken van een hogere F stop (dwz, 11 of hoger), 1/100 ste sluiter, automatische witbalans en automatische ISO.
  8. Beginnen met het opnemen van het experiment. Solliciteer ongeveer -1 V om het vloeibare metaal te trekken uit de microkanalen. Draai de spanning uit om het metaal te veroorzaken om te stoppen met bewegen in neutrale elektrolyt.

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

Figuur 1 A toont een voorbeeld van de eenvoudige twee-elektroden techniek voor oxidatie en reductie. In dat geval is een 70 ul druppel van het vloeibare metaal in een 1 M NaOH-oplossing in contact een koperdraad om een ​​elektrische verbinding. De 1 M NaOH verwijdert het oppervlak oxide van het metaal en kan de metalen in pareltjes vanwege de grensvlakspanning. Het toepassen van een 2,5 V potentiaal tussen de druppel en een platina gaas tegenelektrode veroorzaakt het oppervlak van de druppel te oxideren en de daling verspreidt terwijl migreren naar de tegenelektrode (figuur 1A ii). Het toepassen van een -1 V potentieel om het vloeibare metaal verwijdert het oxyde (naast het verwijderen van de oxide met NaOH), zorgt ervoor dat de metalen in pareltjes, genereert waterstof bellen op de drop vanwege de reductieve potentiaal (Figuur 1 Ai). Waterstof belletjes op platina tegenelektrode vanwege de gratis elektrochemische halve-reactie die vermoedelijk vermindert protonen in oplossing.

Een electrocapillary curve (figuur 1 B) toont de dramatische daling van de effectieve oppervlaktespanning wanneer de oxidelaag vormt. Deze gegevens werden in 1 M NaOH met een verzadigde Ag / AgCl referentie-elektrode. In dit geval, de open circuit potentiaal ongeveer -1,5 V vs Ag / AgCl, en de oxidelaag gevormd nabij -1,3 V vs Ag / AgCl (aangegeven met de stippellijnen). Het gebruik van 1 M HCl resulteert in vergelijkbare fenomenologische gedrag, maar de vorming van bellen aan het oppervlak van het metaal, zelfs bij oxidatieve potentialen maakt visuele analyse moeilijk.

Bij afwezigheid van het oxide (dat verwijderd door 1 M NaOH, bijvoorbeeld), bare vloeibare metaal een hoge oppervlaktespanning fluïdum en neemt een bolvorm zoals getoond in Figuopnieuw 2 A. Een druppel vloeistof metaalresten naast een capillaire buis gevuld met 1 M NaOH. Een wipe verwijdert overtollige elektrolyt uit de bodem van het druppeltje, zoals getoond in figuur 2 B. Een koperdraad raakt de druppel aan de anode en de andere elektrode (bijv kathode, niet in figuur 2 getoond) rust in de elektrolyt gevulde capillaire buis. De elektrolyt in de capillaire voltooit het circuit tussen de twee elektroden, zoals getoond in figuur 2C. Toepassing 1 V verlaagt de oppervlaktespanning aan het voorliggende interface en zorgt ervoor dat het vloeibare metaal naar de capillaire vullen zie figuur 2 D. Dit experiment werkt het beste als het metaal gelijk is met het uiteinde van de buis.

Daarentegen reducerend voorspanning verwijdert de oxidehuid en retourneert het meTal tot een toestand van grote oppervlaktespanning. Een voorbeeld is getoond in figuur 3A. De oxidehuid stabiliseert de vorm van een plas vloeibaar metaal ondergedompeld in neutraal elektrolyt (figuur 3 Ai). Toepassing van een reducerend voorspanning verwijdert de oxidehuid, waardoor het metaal in pareltjes zoals getoond in figuur 3 A (ii-iii). We noemen deze techniek "recapillarity", omdat het gebruik maakt van reducerende mogelijkheden van capillaire gedrag 21 induceren. De andere implicatie hiervan is dat de term capillair gedrag kan worden in- of uitgeschakeld meerdere keren. Zo kunnen eGain van PDMS microfluïdische kanalen worden ingetrokken door vermindering van de oxide die anders stabiliseert het metaal in de kanalen (zoals beschreven in 4.1). Figuur 3B-D illustreert een dergelijke experimentele sequentie.

We voegen eennaald aan het uiteinde van het capillair en langzaam duw de zuiger om het metaal uit de spuit te ver in het capillair. We plaatsen de gevulde capillair op een aangepaste houder bestaat uit polymethylmethacrylaat (PMMA). De houder heeft twee reservoirs, twee groeven aan de capillair twee gaten draden voegen veilig en heeft ook de mogelijkheid om tape liniaal, zie figuur 3 B. Elektrolyt (bijvoorbeeld waterig natrium- fluoride) toegevoegd aan het reservoir na het injecteren van het metaal verbindt de anode naar het einde van het capillair, zie figuur 3C. De metalen in de buis contact maakt met de tegenelektrode op het andere uiteinde van het capillair om het circuit te voltooien. Toepassing 1V verminderen voorspanning zorgt ervoor dat de metalen te trekken en te stappen van de anode, zie figuur 3 D. Later, de terugtrekking snelheid meten we door het vergelijken van het ponerenion van het metaal in de tijd. Een dergelijke snelheid grafiek wordt getoond in figuur 3 E. De snelheid vervalt als metaal zich van de anode. Deze snelheid verval vanwege de toename in elektrische weerstand tussen de anode en het vloeibare metaal 21.

Figuur 1
Figuur 1. (A) Een druppel eGain ondergedompeld in 1 M NaOH, met een koperdraad bevestigd aan de daling en een platina tegenelektrode maas in oplossing. i) Een -1 V potentiaal die op de drop zorgt ervoor dat de metalen tot hiel en produceert waterstof op het oppervlak van het metaal. ii) een 2,5 V potentiaal die op de drop induceert verspreiden. (B) Een electrocapillary curve van een eGain daling van 1 M NaOH. De reductieve zijde (spanningen onder -1,4 V vs Ag / AgCl) toont traditionele electrocapillaritygedrag, terwijl de oxidatieve kant toont een aanzienlijke daling van de oppervlaktespanning. Figuur 1B van referentie 1 (Copyright 2014, National Academy of Sciences, USA) goedgekeurd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2. Capillaire injectie van vloeibaar metaal via oxidatieve voorspanning. (A) Een druppel vloeistof metaalcontacten het voor een capillaire buis gevuld met elektrolyt. (B) De buis is uitgelijnd en duwde tegen de druppel. Een veeg verwijdert de overmaat elektrolyt. (C) Een label beeld van deze experimentele set-up. (D) Toepassing van 1 V op de metalen verlaagt de oppervlaktespanning van het metalen oppervlak via oxidatie, en induceert stroom. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3. (A) Een druppel van het vloeibare metaal in 1 M NaF oplossing. i) Het oxide kan een stabiele, niet bolvormig plas in de oplossing. ii-iii) Het aanbrengen van een -1 V mogelijke oorzaken van de metalen tot hiel omhoog. (B) Een op maat gemaakte acrylsubstraat twee reservoirs waarin elektroden geplaatst. Een 70 mm lang en 1 mm ID glazen capillaire gevuld met eGain overspant de twee reservoirs. De ondergrond heeft twee groeven om dit capillaire stevig passen. (C) Een druppel elektrolyt wordt toegevoegd aan een reservoir, en de andere wordt weggelaten zijn. Soms blaasvorming, die kan worden geminimaliseerd door dunne stift naald. ( (E) Intrekking snelheid van het vloeibare metaal uit de capillaire als functie van de tijd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

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

Deze werkwijze regelt de oppervlaktespanning van gallium gebaseerde vloeibare metalen met behulp van kleine spanningen aan de afzetting en het verwijderen van een oppervlak oxide drijven. Hoewel de methode alleen werkt in elektrolytoplossingen, is het eenvoudig, en werkt in een groot aantal verschillende omstandigheden, maar er zijn subtiele vermeldenswaard. Aangezien elektrische potentiaal, zowel zure en basische oplossingen etsen weg het oxyde 27. De toepassing van een oxidatieve potentieel drijft de vorming van oppervlakte oxide in alle waterige elektrolyten, waaronder zure en basische oplossingen. Echter, oplossen van het oxide in zure of basische oplossingen concurreert met de afzetting van het oxyde buitensporige opbouw van de oxidelaag te voorkomen. De vorming van een dikke oxidelaag remt stroom, vermoedelijk omdat de oxide verschaft een mechanische barrière voor beweging. Deze remming kan schadelijk zijn tijdens uitspreiden, maar ook een werkwijze om de vorm van de metalen te stabiliseren.

e_content "> De grensvlakspanning continu varieert als functie van de potentiaal. De oppervlaktespanning grootst aan het potentieel dat het oppervlak oxide verwijdert. Potentiëlen die meer reductieve (negatiever) zal enigszins de oppervlaktespanning afnemen door klassieke electrocapillarity (cf. figuur 1B). Deze afname gaat als functie van potentiële tot Faraday processen (bijvoorbeeld vorming van waterstof) optreden op het oppervlak.

In tegenstelling, de oppervlaktespanning aanzienlijk daalt de potentiaal waarbij het ​​eerste oxide vormen (zie Figuur 1B). Het verhogen van de (positieve) potentiaal blijft de oppervlaktespanning te verlagen, waarschijnlijk door een betere bedekking van het oppervlak oxide. Verder dan een "kritisch potentieel", zal de daling beginnen verspreiden zonder gebonden, vormen fractal-achtige patronen en migreren naar de contra-elektrode. Deze beweging gaat door totdat de spanning wordt verwijderd, of tot de druppel breekt concontact op met de werkende elektrode. De vormen gevormd in het gebied boven het kritische potentieel wordt nog steeds onderzocht, maar worden toegeschreven aan de oppervlaktespanning wordt bijna nul. Details zijn te vinden in de literatuur 1.

De grensvlakspanning van het metaal gevoelig is voor kleine veranderingen in spanning. Het is daarom belangrijk om uitstekende elektrisch contact met het metaal en controleert de potentiaal die op het vloeibare metaal hebben. Bovendien is de aanwezigheid van zuur of base in het elektrolyt concurreert met elektrochemische oxidatie door het oplossen van de oxidelaag. Deze concurrerende proces voegt een niveau van complexiteit; de complexe werkwijze die optreden aan het grensvlak zal cruciaal voor het voortbewegen deze methode.

Oxidatieve en reductieve processen kunnen worden gecombineerd om controle over de stroom van metaal in en uit capillairen verschaffen. Zo is het mogelijk om oxidatieve mogelijkheden om metaal te injecteren in capillairven (door verlaging van de grensvlakspanning van de toonaangevende meniscus, zoals weergegeven in figuur 2), en vervolgens reductieve potentieel om de metalen te induceren te trekken uit de capillair (door verhoging van de grensvlakspanning van de toonaangevende meniscus, zoals weergegeven in figuur 3) 28,29. De grenzen en de mogelijkheden van deze benadering is nog niet volledig vastgesteld, hoewel injectie lijkt langzamer dan terugtrekking zijn. Met behulp van oxidatie op metalen injecteren omvat drie kritische stappen. Ten eerste moet de capillair worden ingevuld met elektrolyt, waarvan wij geloven ontstaat een dunne "glijlaag" water tussen het metaal en de wanden van de capillaire als metaal. Ten tweede, het injecteren van het metaal in een capillair vereist flush contact tussen een kraal van het metaal en het einde van het capillair, zie figuur 3. Dit intieme contact waarborgt de potentiaaldaling optreedt bij het ​​elektrolyt / metaalgrensvlak en voorkomt wegen voor lading aan omzeilen deze interface.

Het is mogelijk om twee of drie elektroden elektroden systemen de oppervlaktespanning van het metaal regelen. De twee-elektrodesysteem is de eenvoudigste, waarvoor slechts een werkelektrode, tegenelektrode en spanningsbron. Hoewel de twee elektroden is geschikt voor demonstraties, kan de potentiaal van de tegenelektrode drift. Gevoelige elektrochemische metingen profiteren van de stabiliteit van de drie-elektroden-systeem (dat wil zeggen, een referentie-elektrode en een potentiostaat). Dit systeem zorgt voor een betere controle van de spanning, en geeft een nauwkeurige aflezing van de stroom.

De mogelijkheid om grensvlakspanning behulp geringe spanningen onder controle is een veelbelovende methode voor het regelen van de vorm, stroom en positie van metalen structuren op sub-mm lengteschaal. Wij geloven dat deze techniek kan nuttig zijn voor het maken van metalen structuren die van vorm veranderen op de vraag, welke toepassingen in vorm reconfigura kunnen vindenble elektronica, instelbare antennes, schakelaars, microfluïdische componenten, optofluidics, en meta-materialen shape-shifting.

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).
Een methode om oppervlaktespanning van een Liquid Metal Manipuleer via oxidatie en reductie
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