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

Bu prosedürün genel amacı, elektrokimyasal potansiyellerin etkisi altında sıvı metalin manipülasyonunu göstermektir. Bu yöntem, oksitlerin arayüzey gerilimi üzerindeki rolünü aydınlatırken, sıvı metalin arayüzey gerilimini muazzam bir aralıkta ayarlar. Bu tekniğin ana cazibesi, basit olması, geri dönüşümlü olması ve sadece çok mütevazı potansiyeller gerektirmesidir.

Bu şey, yeniden yapılandırılabilen ve neredeyse tamamen aşağıdakilerden oluşan elektronik cihazlar yapmak için kullanılmıştır. Oksidasyonu gerçekleştirmek için, bir petri kabına sulu bir elektrolit dökün. Çanağı yaklaşık bir ila üç milimetre derinliğe kadar dolduracak bir hacim kullanın. Elektrolite bir damla galyum bazlı alaşım yerleştirmek için bir şırınga kullanın.

Burada ötektik galyum indiyum kullanılır. Çalışma elektrodunu oluşturmak için sıvı metalin içine damlanın çapından daha küçük bir çapa sahip bir bakır tel yerleştirin. Asit veya bazda, sıvı metal bakırı ıslatacak ve böylece mükemmel bir elektrik teması oluşturacaktır.

Çözeltiye iletken bir karşı elektrot yerleştirin, ancak sıvı metal ile temas etmeyin. Karşı elektrot bir ohm'dan daha az bir dirence sahipse, boyutları önemsizdir. Ardından, kabloları bir voltaj kaynağına bağlayın ve sıvı metale pozitif bir potansiyel uygulayın.

Küçük şekil deformasyonu için, bir volttan daha düşük pozitif voltajlar uygulayın. Daha büyük şekil deformasyonu için bir volttan daha büyük uygulayın. İndirgeme işlemini gerçekleştirmek için, bir şırıngadan bir damla sıvı metali boş bir petri kabına boşaltın.

Ardından, nötr bir sulu elektroliti petri kabına metali batıracak bir seviyeye kadar fakirleştirin. Çalışan bir elektrot görevi görmesi için sıvı metale bir bakır tel yerleştirin ve karşı elektrot görevi görmesi için elektrolitin içine iletken bir tel yerleştirin. Kabloları bir voltaj kaynağına bağlayın ve sıvı metale negatif bir potansiyel uygulayın.

Yüzey oksidini çıkarmak için yaklaşık eksi bir volt uygulayın ve metalin alt tabakadan ıslanmasına neden olun. Metal önce karşı elektroda en yakın tarafta ıslanmalıdır. Oksit tabakasını tamamen çıkarmak için daha fazla negatif potansiyel uygulayın.

Elektrolitin azalması nedeniyle sıvı metal üzerinde hidrojen kabarcıklarının oluşmasını önlemek için aşırı büyük negatif voltajlar uygulamaktan kaçının. Bir lazer kesici veya freze aleti kullanarak, bir polimetilmetakrilat veya PMMA parçasının merkezinden kenarına doğrudan bir yol kesin. Yolu PMMA'nın kalınlığı boyunca tamamen kesmeyin.

Bu parça, sıvı metal için bir alt tabaka görevi görecektir. Aynı aletle, PMMA'nın ortasından bir milimetre karelik bir delik açın. Yolu kılavuz olarak kullanarak, yalnızca ucu açıkta kalacak şekilde PMMA'nın merkezine yalıtılmış bir bakır tel geçirin.

Kabloyu, PMMA yüzeyi üzerinde çıkıntı yapacak şekilde konumlandırın. Kabloyu sızdırmaz bir yapıştırıcı ile yerine kapatın. Kabloyu PMMA'nın yüzeyinin hemen üzerinde kesin, ancak çok fazla uzamasına izin vermeyin, aksi takdirde damlanın şeklini bozar.

PMMA parçasını, net bir görüntünün elde edilebileceği şeffaf bir kaba bantlayın. Kabı, damlanın yüzey profili açıkça görülebilecek şekilde bir temas açısı açıölçerine yerleştirin. Kabı bir molar sodyum hidroksit ile doldurun.

Ardından, çıkıntılı bakır telin üzerine 25 ila 50 mikrolitrelik bir sıvı metal damlatın. Bu tel, çalışma elektrodu görevi görecek ve damlacığı ıslatacaktır. Tüm elektrotları bir potansiyostata bağlayın.

Ardından, çözeltiye bir platin ağ karşı elektrot ve doymuş bir gümüş gümüş klorür referans elektrodu yerleştirin. Referans elektroda göre voltajı kontrol etmek için potansiyostatı kullanın ve düşüşün şeklini ve dolayısıyla arayüzey gerilimini ölçmek için açıölçeri kullanın. Açıölçerin sapsız damla arayüzey gerilimini ölçebildiğinden emin olun.

Bir cam kılcal damarı bir molar sodyum hidroksit çözeltisi ile doldurun. Kılcal çap yaklaşık bir milimetre olmalıdır. Kılcal damarın bir ucunu bir damla sıvı metale karşı aynı hizada yerleştirin.

Kılcal damarı, masanın yüzeyine paralel olacak şekilde hizalayın. Sıvı metal damlası ile elektrolit dolu kılcal damar arasındaki hava boşluklarından kaçının. Bir mendil kullanarak, montaj sırasında sızmış olabilecek fazla elektroliti kurutun.

Sıvı metale bir bakır tel ve kılcal damarın açık ucuna çözeltiye temas edecek şekilde iletken bir karşı elektrot yerleştirin. Kabloları bir voltaj kaynağına bağlayın ve sıvı metale pozitif bir potansiyel uygulayın. Sıvı metal kılcal damarı doldurmaya başlamalıdır.

Polidimetilsiloksan veya PDMS'den oluşan mikroakışkan kanalları üretmek için yumuşak litografik ve replika kalıplama tekniklerini kullanın. Yaklaşık 100 ila 1.000 mikron genişliğinde, 100 mikron yüksekliğinde ve 25 ila 65 milimetre uzunluğunda kanallar üretin. Kanalı tamamen doldurmak için sıvı metali manuel olarak veya bir şırınga pompası kullanarak enjekte edin.

Bir molar sodyum hidroksit veya bir molar hidrojen klorüre batırılmış bir pamuklu çubuk kullanarak, metalin PDMS'nin üst yüzeyi ile aynı hizada kalması için kanalın girişindeki fazla miktarda sıvı metali çıkarın. Kanalın bir ucunu elektrolite batırın ve anodu elektrolite değecek ancak metale değmeyecek şekilde yerleştirin. Kanalın diğer ucunda, sıvı metalin kendisi bir katot görevi görecek şekilde metal yüzeye ayrı bir elektrot temas

Bu kabloları bir voltaj kaynağına bağlayın ve elektrik devresini tamamlayın. Üç elektrotlu bir sistem için, referans elektrodu, elektrolit damlasına zar zor batacak şekilde yerleştirin. İndirgeyici bir voltaj uygulamadan önce, deneyleri kaydetmek için bir tripoda veya mikroskoba bir video kamera monte edin.

Her şeyi odaklamak için otomatik odaklama modunu kullanın. Alan derinliği, beyaz dengesi ve ISO üzerinde daha iyi kontrol sahibi olmak için manuel odaklamayı kullanın. Gerekirse, daha yüksek bir f stop, saniyenin yüzde biri kadar bir enstantane hızı, otomatik beyaz dengesi ve otomatik ISO kullanın.

Deneyi kaydetmeye başlayın. Sıvı metali mikro kanallardan çekmek için yaklaşık eksi bir volt uygulayın. Metalin nötr elektrolitte hareket etmeyi durdurmasını sağlamak için voltajı kapatın.

Burada, elektrokimyasal potansiyelin etkisi altında yayılan sıvı metalin bir açıölçer videosu gösterilmektedir. Yükseklikteki bir azalma, daha oksidatif bir potansiyele işaret eder. Arayüzey gerilimi, damlacığın eğriliğinden belirlenebilir.

Oksit tabakasının bulunmadığı noktalı çizginin solundaki bölge tipik elektro-kılcal davranış gösterir. Bununla birlikte, oksit tabakası mevcut olduğunda, arayüzey gerilimi hızlı bir düşüş gösterir ve daha büyük voltajlar uygulandıkça daha da azalır. Metale indirgeme potansiyeli uygulamak oksidi uzaklaştırır ve mikro kanallardan çekilmesine neden olur.

Bu grafik, sabit bir voltajda kılcal çekilmenin hız profilini gösterir. Sıvı metal elektrolit ile değiştirildiğinde, mikro kanaldaki elektrik direnci artar ve zamanla hızda bir düşüşe neden olur. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik birkaç dakika içinde yapılabilir ve bilim adamlarının ve mühendislerin bu benzersiz fenomeni daha fazla incelemesine izin vermelidir.