Method Article

Üretimi ve Electrohydrodynamic kontrolünü akar sulu elektrolit çözümlerinde

DOI:

10.3791/57820

⸱

September 7th, 2018

 ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Science and Bioengineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, 2Division of Mechanical Science and Technology, Faculty of Science and Technology, GUNMA University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İyon taşıma yolları düzeltme tek yönlü electrohydrodynamic iyon sürükledi akışları oluşturmak için etkili bir yöntemdir. Bir iyon değiştirme membran bir akışı kanal olarak ayarlayarak, elektriksel olarak polarize bir koşulu oluşturulur ve bir elektrik alanı dışarıdan uygulandığında yönlendirilmesi için sıvı akışı neden olur.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yönlendirilmiş elektrik vücut kuvvet iyonik hareket sıvı ile bağlı olmak zorunda çünkü electrohydrodynamic (EHD) sürücü için sulu çözümler içinde katyon ve anyon ulaşım yollarının ayrılması önemlidir akar. Öte yandan, pozitif ve negatif ücretleri birbirlerine çekmek ve electroneutrality her yerde denge koşullarda korunur. Ayrıca, çözümleri kararsız hale gelmesine neden olan su elektroliz önlemek için bastırılması uygulanan bir gerilim bir artış vardır. Genellikle, EHD akışı içinde sulu olmayan çözümler kV, onlarca gibi son derece yüksek gerilim uygulayarak elektrik ücretleri enjekte etmek için indüklenen. Bu çalışmada, sulu çözümler nerede iki sıvı aşamalı bir iyon değiştirme membran tarafından ayrılır, elektrik akımı ayrımları tarafından indüklenen EHD akışları oluşturmak için iki yöntem tanıtılmaktadır. İyonik hareketlilik zarda bir farkı nedeniyle, iyon konsantrasyonu polarizasyon membran her iki taraf arasında indüklenen. Bu çalışmada, biz iki yöntem göstermek. (i) iyon konsantrasyonu degradeler gevşeme ile nerede daha yavaş tür zarda taşıma seçerek akışı kanalda baskın hale bir iyon değiştirme membran nüfuz bir akışı kanal oluşur. Bu sıvı içinde bir EHD akışı oluşturmak için bir itici güçtür. (II) uzun bir bekleme süresi difüzyon iyon değiştirme membran geçen iyonlar için dışarıdan bir elektrik alanı uygulayarak bir iyon sürükledi akışı nesil sağlar. 1 x 1 mm2 kesit akışı kanalda konsantre iyonları elektroforetik taşıma yolları karşılık gelen sıvı akış yönünü belirler. Her iki yöntem de bir EHD akışı oluşturulmasında gerekli elektrik voltaj farkı büyük ölçüde iyon taşıma yolları takviyeli-tarafından 2 V yakınındaki azalır.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Son zamanlarda, sıvı akış denetim teknikleri mikro - ve nanofluidic cihazları1,2,3,4,5, uygulamaları ilgi nedeniyle çok ilgisini çekti var 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15. sulu çözümler ve İyonik Sıvılar, gibi kutup çözümleri iyonları ve elektrikle yüklü parçacıklar genellikle sıvı akışı içinde elektrik masrafları getirmek. Böyle polarize parçacıklar taşımacılığının tek molekül manipülasyon6,10,11,13,14 gibi çeşitli uygulamalar bir genişleme sağlar , 15 , 16 , 19,20,21,22 17, iyon diyot aygıtları12,18ve sıvı akışı kontrol. Stuetzer1,2 iyon sürükle pompa icat edildiğinden beri EHD akışı sıvı akış kontrol sistemleri için geçerli bir fenomen oldu. Melcher ve Taylor3 EHD akışı kuramsal çerçeve de gözden geçirildi ve üstün bazı deneyler de gösterdi önemli bir makale yayınladı. Saville4 ve onun arkadaşları23,24 sıvı EHD teknolojileri aşağıdaki genişlemesi katkıda bulunmuştur. Ancak, sıvı yağlar onları1,2 kutuplaştırmak için gibi polar olmayan çözümlerinde elektrik ücretleri enjekte uygulanacak kV onlarca var çünkü sıvı akar elektrik güçleri tarafından tahrik inducing bazı sınırlamalar vardı , 3. bir elektrik potansiyeli 1.23 V yüksek tarafından indüklenen su elektroliz çözümleri özelliklerini değiştirir ve çözümleri kararsız hale getirir çünkü bu sulu çözümler için bir dezavantaj olduğunu.

Mikro - ve nanofluidic kanalları, kanal duvarları yüzey suçlamalardan etkili electroosmotic akar (EOFs) neden counterions konsantrasyonu dışarıdan uygulanan elektrik alanlar25,26altında,27 neden ,28,29. EOFs kullanarak, bazı sıvı pompa teknikleri elektrik voltaj30,31,32azaltarak sulu çözümler uygulandı. Öte yandan, EOFs mikro - ve yüzey alanlarını sıvı birimlere göre daha baskın hale nanospaces için oluşturulan sınırlıdır. Ayrıca, yüksek konsantrasyonlu iyonları duvar yüzeyleri çok yakın ulaşım bağlı olarak gibi elektrikli çift katman içinde kayma sınır sadece basınç gradyanları7, yapmak yeterli olmayabilir sıvı akışını neden olur 8 , 22 , 26 , 27., kanal ve tuz konsantrasyonları, gibi ince EOF uygulamalar için gereklidir. Buna ek olarak, EHD kuvvetleri çözücüler düşürmesini önlemek için uygulama gerilimleri azalır eğer kitleler ve enerjileri taşımak kullanılabilir görünüyor vücut tarafından tahrik akar. Son zamanlarda, bazı araştırmacılar EHD akışı düşük voltaj33,34,35,36ile uygulamaları tavsiye ettiler. Her ne kadar bu teknolojileri henüz uygulamaya değil, sınırlarını genişletmek için bekleniyor.

Önceki çalışmalarda, biz de deneysel ve teorik çalışma EHD akışlarında sulu çözümler37,38,39,40üzerinde yürütülen. İyon taşıma yolları düzeltme elektrik vücut kuvvetleri elektrik alanlar'ın altında neden elektrikle şarj edilmiş çözümler üretmek etkili gerekiyordu. Bir iyon değiştirme membran ve membran geçiş akışını kanal kullanarak, biz iyonik akımları düzeltmek başardık. Bir anyon-Satım membran uygulanırken, katyonlar konsantre akışında kanal çözücüler sürükledi ve geliştirilen bir EHD akışı37,38,39. İyon türler hareketliliğini bir fark anyonik ve katyonik akımları ayıran önemli bir faktör oldu. İyon değiştirme membranlar etkili hareketlilik nedeniyle iyon seçicilik modüle için çalıştı. İyon Taşıma olayları da iyonik akım yoğunluğu tarafından uygulanan elektrik alanları41etkiledi bakış açısından araştırıldı. Bu çalışmalar tek molekülleri, yani, mikro ve nano tanecikleri, kimin hareketleri şiddetle termal dalgalanmaları11,16tarafından,17 etkilenen gelişmekte olan manipülasyon teknikleri için verimli olmuştur . EOFs ve EHD akışı hassas akış kontrol yöntemleri çeşitli genişletmek gibi degradeler basınç bekleniyor.

Bu çalışmada, sürücü EHD akışlarında sulu çözümler için iki yöntemleri göstermektedir. İlk olarak, bir NaOH çözüm için bir çalışma sıvı bir EHD akışı37,38,39sürücü için kullanılır. Bir anyon-Satım membran sıvı iki bölüme ayırır. Polydimethylsiloxane (PDMS) akışı Kanal 1 x 1 mm kesit ve 3 mm uzunluğu ile membran nüfuz eder. 2.2 V elektrik potansiyelinin uygulayarak, Na+, H+ve OH− iyonları elektroforetik taşımacılığının elektrik alanları indüklenen. Bir anyon-Satım membran ve akışı kanal nerede anyon baskın membran geçmek ve her iki tür genellikle ters yönde hareket olsa da katyonlar akışı kanalda konsantre iyon taşıma yolları ayırmak için etkin çalışan, electroneutrality devam ediyoruz. Bu nedenle, böyle bir durum sıvı akışı için itici bir güç neden olmaz. Bu yapı olan akış hızı 1 mm sırasına ulaşır bir EHD akışı oluşturmak için önemlidir/s kanal çünkü son derece konsantre katyonlar tarafından dış elektrik alanları hızlandırılmış çözücü molekülleri sürükleyin. EHD akar gözlenen ve mikroskop ve yüksek hızlı bir fotoğraf makinesi Şekil 1' de gösterildiği gibi kullanarak kaydedildi. İkinci olarak, bir konsantre fark bir iyon değiştirme membran tarafından ayrılmış iki sıvı aşamalar arasına oluşturulacak bir elektriksel olarak polarize durumu neden olur bir iyon değiştirme membran40geçiş. Bu çalışmada, bir sıvı bir vücut kuvvet uygulamak tercih koşullar neden iyon dağılımları ve karşılık gelen elektrik potansiyeli, equilibrate için önemli bir bekleyen zaman önemini bul. İyon değiştirme membran crossing, zayıf polarize bir durum elde edilir. Böyle bir durumda dışarıdan uygulanan elektrik alan bir sıvı içinde bir gövde güç üretir yönlü iyon taşıma indükler ve sonuç olarak, ivme transfer iyonlarının çözücü bir EHD akışı geliştirir.

Yukarıda belirtildiği gibi mevcut cihazlar birkaç volt uygulanan gerilim farkı azalan sırasına göre büyük ölçüde başarılı ve bu nedenle bu yöntem geleneksel elektrik akımı enjeksiyon yöntemleri kV onlarca gerekli, ancak sulu çözümler için kullanılabilir ve sulu olmayan çözümler uygulamaya sınırlıdır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. EHD akışı doğrultucu iyon taşıma ile indüklenen

  1. İyon taşıma yolları düzeltilmesi için bir akış kanal aygıtı gelişimi
    1. Baraj gölünün PTFE kalıp olun:
      1. 13 x 30 x 10 mm3 kalıp freze makinesi kullanarak bir politetrafloroetilin (PTFE) blok kesme (bkz. Şekil 2). Alternatif olarak, özel yapım bir ürün satın almak.
      2. Akrilik levhalar 15 x 18 x 1 mm3 PTFE kalıp yırtmaçlı havzanın önyargı elektrotlar yerleşmek için yapacak bir plastik yapıştırıcı ile her iki ucundaki uygun. Buralarda büyük bir plaka kes şunu veya satın.
      3. 13 x 30 x 1 mm3 ' te PTFE kalıp düzlemsel yüzeyler için net gözlem yapmak için plastik bir yapıştırıcı ile alt ve üst yüzeyleri akrilik plakalar uygun.
    2. 10:1 50 mL tüp'oranında bir silikon elastomer temel ve kür Ajan mix ve tüp eliyle sallamayın.
    3. Döner pompa kullanarak degas ve sıvı PDMS vakum bir gemi yerleşmek.
    4. Tüp gemiden kaldırın. PDMS 40 x 50 x baraj gölünün dış şekil kalıp ve rezervuar kalıp yerleştirmek için 24 mm3 plastik kap içine dökün (bkz. Adım 1.1.1) içindeki.
    5. Tüm vücut sıvı PDMS yaklaşık 4 h için 80 ° C'de bir ocağın üzerinde pişirin.
    6. Sonra fırında, PTFE kalıp ve dış gemi PDMS rezervuar el ile izole et. Bir yarık havzanın merkezi arasında cerrahi bir bıçak kullanarak yapın. Bu içine Cımbız kullanarak (1.1.16 adımda hazırlanan) bir anyon-Satım membran kenarlarını koymak için kullanılacaktır.
      Not: PDMS rezervuar elektrolit çözümleri ile daha sonra Şekil 2' de gösterildiği gibi girilir.
    7. (Özel sipariş tarafından yapılan) cam plakanın 18 mm kenarları ile 18 mm çapı veya bir kare bir dairesel şekli ile elde edilir.
    8. Cam plakanın aseton, etanol ve saf suda 15 dakika bir ultrasonication banyosu (bu sırayla) ıslatarak yıkayın.
    9. Bir hava tabancası ile uzak kalan herhangi bir sıvı darbe veya yaklaşık 473 K., 5 min için bir aspiratör ile cam plakanın ısı
    10. Radyo frekansı SAÇTIRMA kullanarak, Cr veya Ar plazma 75 W, 1 dk. için maruz Ti ile cam yüzey kat ve gittikçe, 75W, kalınlığı yaklaşık 100 olarak ayarlanması, Au ince film 5 min için mevduat nm.
      Not: hedef metaller ile cam yüzey kaplama önce örnekleri kadar basınç azaldı o döner bir pompa ve bir moleküler difüzyon pompa ile 1 x 10−2 için PA tahliye edildiği vakum odasında kuruldu
    11. Bir kurşun bir havya kullanarak Au elektrot yüzeyinde lehim.
      Not: Au elektrot şeklinde muhtemelen kareler ve helisel teller, yüzey alanlarını iyonik akımlar üretmek için büyük Bakımı tarafından değiştirilebilir.
    12. Cımbız ile havzanın her iki ucunda bir Au ince film ile kaplı cam plakanın ayarlayın. Bu önyargı elektrotlar vardır.
    13. Bir anyon-Satım membran makası kullanarak 20 x 18 mm2 dikdörtgen bir şekil içine kesti. 13 mm eninde ve 10 mm içinde yükseklik bir yüzey alanı bir sıvıya maruz kalmaktadır. Burada, bir maket ya da cerrahi bıçak da membran kesmek için kullanılabilir.
    14. 3 x 5.5 mm2 membran bir kenarından bir dikdörtgen parça makasla kesmek.
      Not: 220 µm anyon-Satım membran kalınlığı var. Membran kolayca makas veya maket ile kesilir. Membran kenarlarını kısmen odasında slits ile sabitlenir.
    15. 1 x 1 mm2 kesit PDMS bloğunu paslanmaz çubuk ile membran nüfuz bir akışı kanal oluşturmak için adımları 1.1.4 - 1.1.5, olduğu gibi aynı şekilde kuvvetlendirmek. Gecede inşaat bırakın ve sonra paslanmaz çubuk PDMS bloğunun dışına çekin.
    16. PDMS kesme blok 3 x 6 x 4.5 kare akışı kanalına ile mm parça kullanarak (bkz: Şekil 2) bir cerrahi bıçak. Yırtmaçlı dış kenarları boyunca yaptıktan sonra dikdörtgen şalter içinde membran için takın.
      Not: Yatay olarak parçacıklar açık bir gözlem için akış kanal üzerinden saydam duvar ayarlanacak kanal üst yüzü var.
  2. Çözümler ve pretreatments deneyler için hazırlanması
    1. 1 x 10– 1, 1 x 10−2ve 1 x 10−3 mol/L konsantrasyonlarda NaOH sulu çözümler hisse senedi çözüm sulandrarak hazırlayın.
    2. Bir dağılım 2,93 µm polistren parçacıkların ortalama çapı her x 10−3 vol % 4.2 konsantrasyonu ayarlayarak 1.2.1 adımda hazırlanan NaOH çözümleri olun.
      Not: Tracer parçacıkların boyutunu uygun şekilde gözlenebilirlik geliştirmek için değiştirilebilir.
    3. 20 x 18 mm2 biçimlendirilmiş anyon-Satım membran ile bir yarık 3 x 5.5 mm2 2 ultrasonicate x 100 W. gücü saf suda 10 dakika
    4. Cımbız ile anyon-Satım membran PDMS akışı kanal ile PDMS göle ayarlayın. Havzanın 4 mL bir micropipette kullanarak NaOH çözeltisi ile doldurun.
      Not: Membran yüzey ve akışı kanal maruz membran yüzey çözüm için en az 100 x akışı Kanal Kesiti daha büyük nerede çözümünde, batırma.
    5. 2.2 V elektrik potansiyelinin bir DC güç kaynağı ileri ve geri yönde serisi, her 2 h için gözlem önce membran iletkenlik artırmak için kullanarak uygulayın.
    6. Au elektrotlar cımbızla çekin. Çözüm bir micropipette kullanarak rezervuarlar kaldırın.
    7. Yeni Au elektrotlar rezervuar cımbız ile ayarlayın. Rezervuarlar 4 mL bir micropipette kullanarak NaOH çözeltisi ile doldurun. Çözüm equilibrated gözlemler başlar.
      Not: Hangi izleyici parçacıkların davranışlarını gözlemleyerek değerlendirilecektir olabilir aşağı, Doğal konveksiyon yerleşir kadar bekleme süresi birkaç dakika sürebilir.
  3. Deneysel kurulum ve ölçüm sistemleri
    1. Kare hızı ve yüksek hızlı tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletkeni (CMOS) kamera çekim hızı 500 fps ve 1 ayarlama ms, anılan sıraya göre.
      Not: resim 1' de gösterildiği gibi deneysel aygıtı yüksek hızlı bir CMOS kamera bağlı mikroskop sahnede parçacık hareketleri kaydetmek için ayarlanır. Görünümü bir 15 dakika içinde monitör 100 X lens ile büyütülmüş olduğunu.
    2. Herhangi bir kabarcık içine itmek veya bir elektrik potansiyeli uygulamadan önce onları çekmek için kanal sonuna bir micropipette ucu ekleyerek kanal kaldırın.
    3. Dışarıdan 2,2 V elektrik potansiyelinin Au önyargı elektrotlar uygulamak. Aynı anda bir potansiyostat veya bir DC güç kaynağı ile bir dijital multimetre kullanarak elektrik yanıt-e doğru izlemek.
      Not: Gerilim değeri üst sınırı, O2 ve H2 kabarcıklar çözümde oluşturur su elektroliz kaçınarak olduğu saptanır.
    4. Bilgisayar izleme parçacıkların davranış kaydedin.
    5. Her iki ucunda da Au sonda elektrotlar ve kullanarak bir dijital multimetre iyonlarının konsantrasyonu degrade bir EHD akışı38,39tetikler onaylamak için akış kanal arasında bir elektrik potansiyel fark ölçmek.
    6. Kartezyen koordinat sistemi kanal ortasındaki kökenini belirlemek.
      Not: x- ekseni akışı kanal ve yyönünde uzunlamasına mi - ve z-eksen are yatay ve düşey yönde, kanal kesitin içinde anılan sıraya göre Şekil 2' de gösterildiği gibi. Şeffaf PDMS kanal xgörüntülenmeyecektir sıvı akışı sağlar-eksen. Görünümü z xy düzlemi üzerinde duruldu = 0 odak derinliği kontrol ederek. Akış veri giriş ve çıkış kanal yakın dışında test bölümünde x bağımsızdır ve gözlem noktası merkezinden yaklaşık 0,75 mm aşağı ayarlanır öyle ki x 0,75, y = 0 ve z = = 0 mm.
    7. Sonra tek bir ölçüm (15 s), elektrotlar çözüm equilibrated kadar onları birbirine 20 min için bir kurşun ile bağlanarak kısa devre.
    8. Ardından, başka bir gemi (Örneğin, 10 mL örnek şişe) çözüm tamamını taşımak ve bir micropipette ile karıştırın.
    9. Bir micropipette yinelemeli olarak deney gerçekleştirirken kullanarak yeniden odanın içine karıştırılmış solüsyonu dökün.
      Not: parçacıklar çıkarılması iz ve sayısal olarak hız değerlendirmek için uygun yazılımı kullanarak yapılabilir parçacık İmaj Velosimetri (PIV) yöntemi39, kullanarak EHD akım hızı gözlemden sonra değerlendirilir. PIV yöntemleri ve bunların nasıl kullanılacağı ayrıntılı bir açıklama burada PIV analizleri yaygın olarak kullanılmış olan ve üstünde belgili tanımlık bilgisayar yazılımı ve kullanılan işletim sistemi olan yalıtımı yordamlar bağlıdır çünkü atlandı.

2. gözlem katyon kaynaklı EHD akar

  1. Deneysel cihaz geliştirilmesi
    1. Bu daha önce açıklanan adımları 1.1.5 - 1.1.7 benzer yordamlara göre alt cam plaka üzerinde 26 x 10 mm2 yüzeyli au önyargı elektrotlar oluştururlar.
    2. Radyo frekansı SAÇTIRMA kullanarak, bir cam yüzeyi ile Cr veya Ti Ar plazma 75 W 2 min için maruz ceket ve 75 W. bir Au ince film 5 min için mevduat
      Not: Bu şekil elektrot elektrik alanları dar kanal bölgede son derece konsantre için belirlenir. Kimin alanı 10 x 10 mm2 kesit kanal için bir sıvı maruz elektrot yüzeyi ideal olarak 100: 1 oranıdır; Bu oran elektrik potansiyeli kanal bırakmak yeterli olmak büyük miktarda16tarafından tahmin edilmektedir.
    3. Bir kurşun çizgi elektrotlar bir kenarında bir havya kullanarak lehim.
    4. 2 chambers kesmek büyük silikon kauçuk bir örtü, gelen her bir 1 x 1 x 1 mm3 akışı kanal yapılmış yerleştirilir cerrahi bir bıçak kullanarak iki 10 x 10 x 1 mm3 rezervuarlar arasında (bkz. Şekil 3). Buralarda PDMS tarafından değiştirilebilir.
    5. Katyon değişim membran 127 µm ile bir ortalama kalınlığı 20 x 30 mm için bir maket ya da cerrahi bıçak kullanarak Şekil 3' te gösterildiği gibi kesti.
    6. 100 uygulayarak 15dk için saf su bulunan her parçası ultrasonicate W.
    7. Cımbız, Şekil 3' te gösterildiği gibi kullanarak odaları arasında katyon değişim membran yerleştirin. Bu farklı konsantrasyonlarda 2 elektrolit çözümler ayıracak.
    8. Tuşuna basın ve odalar ve katyon değişim membran ile 26 mm genişliğinde ve 38 mm uzun olan boyutlardır cam plakanın yığını mühür.
  2. Çözümler hazırlanması
    1. 1 x 10−2 mol/L tris 1,01 µm bir ortalama çapı polistren parçacıkların bir dağılım nerede hacim oranı 1 x 10−2 için ayarlanır (hydroxymethyl) aminomethane ethylenediaminetetraacetic asit (Tris-EDTA) arabellek çözüm, hazırlamak vol %.
    2. 1 mol/L KCl ve 1 x 10−2 mol/L Tris-EDTA karışımı hazırlayın.
    3. Tris-EDTA/polistiren parçacık ve Tris-EDTA/KCl çözümleri sırasıyla alt ve üst odaları enjekte, üzerinden şırınga iğneleri odaları yan duvarlardan eklenmiş.
      Not: Yaklaşık 210 µL her odanın içine enjekte çözümleri miktarıdır.
    4. Çözüm bir difüzyon iyonların iyon konsantrasyonu farkı üst ve alt katmanlar arasında dinlenmek için bir sonucu olarak equilibrated kadar 18 h için bekleyin.
      Not: difüzyon sürecinde K üst çözüm+ ve H+ zarda bekleniyor membran nüfuz ilk ve Cl− onları takip bekleniyor.
  3. Deneysel kurulum ve ölçüm sistemleri
    1. Adım 2.1 ters mikroskop sahneye elle, Şekil 3' te gösterilen geliştirip deneysel cihazı. Parçacık hareketleri yörüngeleri izlemek ve bir bilgisayarda gözlem verileri kaydetmek için yüksek hızlı bir CMOS Kamera mikroskop bağlamak.
    2. Elektrikli bir potansiyel farkı 2 V 6 için geçerli bir işlev jeneratör güç kaynağı olarak kullanarak iki elektrot arasındaki s.
    3. EHD akar iyon taşıma tarafından indüklenir onaylamak için iyonik akımları aynı anda bir ampermetre40kullanarak ölçün.
    4. Parçacıklar Velosimetri (PTV) yöntemi39izleme parçacık tarafından kaydedilen yörüngeleri analiz.
      Not: gözlemler sonra EHD akım hızı parçacıklar çıkarılması iz ve sayısal olarak hız değerlendirmek için uygun yazılımı kullanarak mümkündür PTV yöntemi tarafından değerlendirilir. PTV yöntemleri ve bunların nasıl kullanılacağı ayrıntılı bir açıklama burada PTV analizleri yaygın olarak kullanılmış olan ve yazılım ve işletim sistemi kullanılıyor hesaplamaları yordamlar bağlıdır çünkü atlandı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 4 (video şekil) Protokolü'nün adım göre 1 iyon ulaşım yolları ve kanal, bir sıvı akışı indüklenen yüksek konsantrasyonlu katyonlar düzeltme kaynaklanan bir EHD akışı nesil temsilcisi bir sonucu sunar. Şekil 5 nerede 20 veri puan kanal merkezine yakın PIV analiz sonucu gösterir (y = z = 0 mm) ortalama olarak. 1 x 10– 1 mol/M NaOH çözüm, 2,2 V elektrik potansiyelinin ne zaman t uygulandığ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada katyon ve anyon kayma dağılımları ve taşıma sayıları açısından sulu çözümler içinde ayırmak için yapıldı. Bir anyon-Satım membran kullanarak, anyon ve katyonlar membran ve membran, sırasıyla nüfuz bir akışı kanal düzeltilmesi. Alternatif olarak, yüksek ve düşük konsantrasyon çözümleri ayrılmış bir katyon değişim membran hatırı sayılır bir bekleme süresinden sonra elektrikle polarize çözümleri oluşturmak için çalıştı. Sonuç olarak, doğrultucu iyonik akımları iyon sürükledi EHD akar ikna etmek için uygulanan g...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar hiçbir ilgili kaynaklar var.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Sylgard 184Dow Corning A.Ş.3097366-0516, 3097358-1004PDMS
AsetonWako Saf Kimya Endüstrileri, Ltd.012-00343
EtanolWako Saf Kimya Endüstrileri, Ltd.054-00461
0.1 mol/L Sodyum Hidroksit ÇözeltisiWako Saf Kimya Endüstrileri, Ltd.196-02195
Pottasium KlorürWako Saf Kimya Sanayi, Ltd163-03545
Tris-EDTA tamponu 100x konsantreSigma-Aldrich Co., LLC.T9285-10014L
2.93 ve mu; m polistiren parçacıkMerck KGaAL300 RougeTracer parçacık
1.01 & mu; m polistiren parçacıkMerck KGaAK100(23716)İzleyici parçacık
Anyon değişim membranıASTOM Corp.Neosepta AHA
Altın (Au)Furuuchi Kimya A.Ş.AUT-13301XPüskürtme hedef metal
TitanyumFuruuchi Chemical Corp.TIT-72301XPüskürtme hedef metal
KromFuruuchi Chemical Corp.CRT-24301XPüskürtme hedef metal
Yüksek hızlı CMOS kameraKeyence Corp.VW-600M
MikroskopKeyence A.Ş.VW-9000
Veri kaydediciKeyence Corp.NR-500, NR-HA08
Lazer deplasman ölçerKeyence Corp.LK-G5000, LK-H008W
PIV ve PTV yazılımıDITECT Co. Ltd.Flownizer 2D
PotansiyostatAMTEK Inc. VersaSTAT4
Ters mikroskopOlympus Corp.IX73
Yüksek hızlı CMOS kameraAndor Technology Ltd.Zyla 5.5 sCMOS
Fonksiyon üreteciNF Corp. 
Fonksiyon üreteciNF Corp. WF1973
Ultrasonik temizleyiciAS ONE Corp.
Döner pompaULVAC, Inc.G-100SDegaz sıvı PDMS
Döner pompaULVAC, Inc.GLD-201APüskürtme 
Moleküler difüzyon pompasıULVAC, Inc.VPC-400Püskürtme
WF1945BAS22GTU

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Stuetzer, O. M. Ion drag pressure generation. Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).
  2. Stuetzer, O. M. Ion drag pumps. Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).
  3. Melcher, J. R., Taylor, G. I. Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses. Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).
  4. Saville, D. A. Electrohydrodynamics: The Taylor-Melcher leaky dielectric model. Annual Review of Fluid Mechanics. 29, 27-64 (1997).
  5. Stein, D., Kruithof, M., Dekker, C. Surface-charge-governed ion transport in nanofluidic channels. Physical Review Letters. 93, 035901(2004).
  6. Dekker, C. Solid-state nanopores. Nature Nanotechnology. 2, 209-215 (2007).
  7. Schoch, R. B., Han, J., Renaud, P. Transport phenomena in nanofluidics. Reviews of Modern Physics. 80, 839-883 (2008).
  8. Iverson, B. D., Garimella, S. V. Recent advances in microscale pumping technologies: A review and evaluation. Microfluidics and Nanofluidics. 5, 145-174 (2008).
  9. Sparreboom, W., van den Berg, A., Eijkel, J. C. T. Principles and applications of nanofluidic transport. Nature Nanotechnology. 4, 713-720 (2009).
  10. Venkatesan, B. M., Bashir, R. Nanopore sensors for nucleic acid analysis. Nature Nanotechnology. 6, 615-624 (2011).
  11. Uehara, S., Shintaku, H., Kawano, S. Electrokinetic flow dynamics of weakly aggregated λDNA confined in nanochannels. Journal of Fluids Engineering. 133, 121203(2011).
  12. Guan, W., Reed, M. A. Electric field modulation of the membrane potential in solid-state ion channels. Nano Letters. 12, 6441-6447 (2012).
  13. Yasui, T., et al. DNA manipulation and separation in sublithographic-scale nanowire array. ACS Nano. 7, 3029-3035 (2013).
  14. Ren, Y., et al. Particle rotational trapping on a floating electrode by rotating induced-charge electroosmosis. Biomicrofluidics. 10, 054103(2016).
  15. Ren, Y., et al. Flexible particle flow-focusing in microchannel driven by droplet-directed induced-charge electroosmosis. ELECTROPHORESIS. 39, 597-607 (2018).
  16. Qian, W., Doi, K., Uehara, S., Morita, K., Kawano, S. Theoretical study of the transpore velocity control of single-stranded DNA. International Journal of Molecular Sciences. 15, 13817-13832 (2014).
  17. Qian, W., Doi, K., Kawano, S. Effect of polymer length and salt concentration on the transport of ssDNA in nanofluidic channels. Biophysical Journal. 112, 838-849 (2017).
  18. Liu, W., et al. A universal design of field-effect-tunable microfluidic ion diode based on a gating cation-exchange nanoporous membrane. Physics of Fluids. 29, 112001(2017).
  19. Liu, W., et al. Control of two-phase flow in microfluidics using out-of-phase electroconvective streaming. Physics of Fluids. 29, 112002(2017).
  20. Osman, O. O., Shintaku, H., Kawano, S. Development of micro-vibrating flow pumps using MEMS technologies. Microfluidics and Nanofluidics. 13, 703-713 (2012).
  21. Osman, O. O., Shirai, A., Kawano, S. A numerical study on the performance of micro-vibrating flow pumps using the immersed boundary method. Microfluidics and Nanofluidics. 19, 595-608 (2015).
  22. Daiguji, H. Ion transport in nanofluidic channels. Chemical Society Reviews Home. 39, 901-911 (2010).
  23. Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. Assembly of colloidal aggregates by electrohydrodynamic flow: Kinetic experiments and scaling analysis. Physical Review E. 69, 021405(2004).
  24. Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. Electrohydrodynamic flow around a colloidal particle near an electrode with an oscillating potential. Journal of Fluid Mechanics. 575, 83-109 (2007).
  25. Schoch, R. B., Hann, J., Renaud, P. Effect of the surface charge on ion transport through nanoslits. Physics of Fluids. 17, 100604(2005).
  26. Ross, D., Johnson, T. J., Locascio, L. E. Imaging of electroosmotic flow in plastic microchannels. Analytical Chemistry. 73, 2509-2515 (2001).
  27. Hsieh, S. -S., Lin, H. -C., Lin, C. -Y. Electroosmotic flow velocity measurements in a square microchannel. Colloid and Polymer Science. 284, 1275-1286 (2006).
  28. Rubinstein, I., Zaltzman, B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane. Physical Review E. 62, 2238-2251 (2000).
  29. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods, 2nd ed. , John Wiley & Sons. Danvers, MA. 362-363 (2001).
  30. Brask, A., Goranović, G., Jensen, M. J., Bruus, H. A novel electro-osmotic pump design for nonconducting liquids: theoretical analysis of flow rate-pressure characteristics and stability. Journal of Micromechanics and Microengineering. 15, 883-891 (2005).
  31. Takamura, Y., et al. Low-voltage electroosmosis pump for stand-alone microfluidics devices. Electrophoresis. 24, 185-192 (2003).
  32. Zeng, S., Chen, C. -H., Mikkelsen, J. C., Santiago, J. G. Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps. Sensors and Actuators B: Chemical. 79, 107-114 (2001).
  33. Bhaumik, S. K., Roy, R., Chakraborty, S., DasGupta, S. Low-voltage electrohydrodynamic micropumping of emulsions. Sensors and Actuators B: Chemical. 193, 288-293 (2014).
  34. El Moctar, A. O., Aubry, N., Batton, J. Electro-hydrodynamic micro-fluidic mixer. Lab on a Chip. 3, 273-280 (2003).
  35. Bart, S. F., Tavrow, L. S., Mehregany, M., Lang, J. H. Microfabricated electrohydrodynamic pumps. Sensors and Actuators A: Physical. 21, 193-197 (1990).
  36. Ashikhmin, I. A., Stishkov, Y. K. Effect of insulating walls on the structure of electrodynamic flows in a channel. Technical Physics. 57, 1181-1187 (2012).
  37. Yano, A., Doi, K., Kawano, S. Observation of electrohydrodynamic flow through a pore in ion-exchange membrane. International Journal of Chemical Engineering and Applications. 6, 254-257 (2015).
  38. Doi, K., Yano, A., Kawano, S. Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane. The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).
  39. Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane. Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201(2017).
  40. Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions. Micro & Nano Letters. 12, 526-531 (2017).
  41. Doi, K., et al. Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes. The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Electrohydrodynamic FlowsIon Exchange MembraneIon Concentration PolarizationAqueous Electrolyte SolutionsElectric Potential ApplicationTracer Particle TrackingHigh Speed CameraPDMS ReservoirGold Bias ElectrodesPIV Analysis

Related Articles