Üretimi ve Electrohydrodynamic kontrolünü akar sulu elektrolit çözümlerinde

Bu yöntem, sızıntıların dar alanlarda ne kadar etkili bir şekilde taşındığı gibi mikro ve nano akışkan araştırma alanlarındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, taşıma yolları bir iyon değişim membranı kullanılarak elektriklendirilen katyonların ve anyonların elektrohidrodinamik akışı yönlendirmesidir. Laboratuvarımızdan mezun olan Gunma Üniversitesi'nde yardımcı doçent olan Ayoko Yano ve laboratuvarımızdan doktora öğrencisi Fumika Nito prosedürleri göstermektedir.

İlk olarak, bir PTFE kalıbının her iki ucuna akrilik plakaları, önyargı elektrotlarını yerleştirmek için rezervuarda yarıklar açacak plastik bir yapıştırıcı ile yapıştırın. 50 mililitrelik bir tüpte, bir silikon elastomer bazını kürleme maddesinde ona bir oranında karıştırın. Bunu takiben, bir vakum kabına sıvı bir PDMS yerleştirin ve döner bir pompa kullanarak gazını alın.

Tüpü vakum kabından çıkarın. Ardından, rezervuarın dış şeklini kalıplamak için PDMS'yi 40 x 50 x 24 milimetre küp plastik bir kaba dökün ve rezervuar kalıbını içine yerleştirin. Sıvı PDMS'nin tüm gövdesini yaklaşık dört saat boyunca 80 santigrat derecede sıcak bir plakada pişirin.

Pişirdikten sonra, PDMS rezervuarını dış kaptaki PTFE kalıbından elle izole edin. Ardından, cerrahi bir bıçak kullanarak rezervuarın ortası boyunca bir yarık açın. Cımbız kullanarak, daha önce altın ince bir filmle kaplanmış cam plakaları, rezervuarın her iki ucuna, önyargı elektrotları olarak işlev görecek şekilde yerleştirin.

Daha sonra, makas kullanarak bir anyon değişim membranını 20 x 18 milimetre kare dikdörtgen şeklinde kesin. Ardından, zarın bir kenarından üçe beş nokta beş milimetre karelik bir dikdörtgen kesin. Şimdi, kare bir akış kanalına sahip katılaşmış bir PDMS bloğunu cerrahi bir bıçak kullanarak üçe altıya dört nokta beş milimetre küp parçaya kesin.

Dış kenarlar boyunca yarıklar açın ve dikdörtgen kesik içindeki zara tutturun. Bunu takiben, anyon değişim membranını PDMS akış kanalı ile cımbızla PDMS rezervuarına ayarlayın. Bir mikropipet kullanarak, rezervuarı dört mililitre sodyum hidroksit çözeltisi ile doldurun.

Gözlemden önce zarın iletkenliğini artırmak için, bir DC güç kaynağı kullanarak, ileri ve geri yönlerde, her biri seri olarak iki saat boyunca iki nokta iki voltluk bir elektrik potansiyeli uygulayın. Bunu takiben, altın elektrotları cımbızla dışarı çekin. Ardından, bir mikropipet kullanarak çözeltiyi rezervuardan çıkarın.

Hazneye cımbızla yeni altın elektrotlar yerleştirin. Rezervuarı bir mikropipet kullanarak dört mililitre sodyum hidroksit çözeltisi ile doldurun. Bu noktada, yüksek hızlı ücretsiz metal oksit yarı iletken kameranın kare hızını ve pozlama süresini sırasıyla saniyede 500 kare ve bir milisaniye olarak ayarlayın.

Bir elektrik potansiyeli uygulamadan önce, bir mikropipetin ucunu kanal ucuna sokarak onları itmek veya dışarı çekmek için kanaldaki kabarcıkları çıkarın. Şimdi, altın önyargı elektrotlarına harici olarak iki nokta iki voltluk bir elektrik potansiyeli uygulayın. Bir potansiyostat kullanarak elektriksel tepkileri aynı anda izleyin, ardından izleyici parçacıkların davranışını bilgisayara kaydedin.

Daha önce tarif edilenlere benzer prosedürlere göre, alt cam plaka üzerinde 26 x 10 milimetre kare bir yüzeye sahip altın önyargı elektrotları oluşturun. Radyo frekansı püskürtme kullanarak, cam yüzeyi 75 watt'ta iki dakika boyunca argon plazmasına maruz bırakılan krom ile kaplayın ve 75 watt'ta beş dakika boyunca altın, ince bir film biriktirin. Bir lehim havyası kullanarak, elektrotların bir kenarına bir kurşun çizgi lehimleyin.

Büyük bir silikon kauçuk levhadan, cerrahi bir bıçak kullanarak, her biri iki rezervuar arasına yerleştirilmiş birer birer milimetre küp akış kanalından yapılmış iki hazne kesin. Daha sonra, cerrahi bir bıçak kullanarak 20 x 30 milimetre kareye kadar bir katyon değişim zarı kesin. 100 watt uygulayarak her parçayı 15 dakika boyunca saf suda ultrasonikleştirin.

Katyon değişim membranını cımbız kullanarak hazneler arasına yerleştirin, ardından hazne yığınını ve katyon değişim membranını cam plakalarla bastırın ve kapatın. Şırıngaları kullanarak, önceden hazırlanmış Tris-EDTA polistiren partikülü ve Tris-EDTA potasyum klorür çözeltilerini sırasıyla alt ve üst odalara enjekte edin. Şimdi, deney cihazını ters çevrilmiş bir mikroskop sahnesine yerleştirin.

Parçacık hareketlerinin yörüngelerini izlemek için mikroskobu yüksek hızlı ücretsiz metal oksit yarı iletken kameraya bağlayın ve gözlem verilerini bir bilgisayara kaydedin. Son olarak, güç kaynağı olarak bir fonksiyon üreteci kullanarak iki elektrot arasında altı saniyede iki voltluk bir elektrik potansiyeli farkı uygulayın. İyon taşıma yollarının ve kanalda sıvı akışını indükleyen yüksek konsantrasyonlu katyonların düzeltilmesinden kaynaklanan bir EHD akış üretiminin temsili bir sonucu burada sunulmaktadır.

PIV analizi, izleyici parçacıkların hızının, iki nokta iki voltluk eklektik bir potansiyel uygulandığında hızla bir tepe değerine yükseldiğini gösterdi. Bundan sonra hız azaldı ve sıfıra yakınsadı. İyonik akım koşulları altında elektriksel olarak polarize bir çözeltide üretilen EHD akışının temsili bir sonucu burada gösterilmektedir.

EHD akışının hız tepkisi, iki volt uygulandığında elektrik alanına yanıt veren izleyici parçacıkların izlenmesiyle analiz edildi. Parçacıklar hızlı bir şekilde geriye doğru yer değiştirdi ve kısa bir süre tepkisinden sonra akış ileri yöne değişti ve elektrik potansiyeli kapanana kadar hız sabit hale geldi. Kanaldaki sodyum iyonları tarafından sürüklenen EHD akışı, hidroksit iyonlarının bir anyon değişim zarında taşınması ile tetiklenir.

Katyonik akım koşulları altında indüklenen EHD akışında, potasyum iyonları bir katyon değişim zarına nüfuz ederek katyon baskın koşullara neden olur ve sonuç olarak EHD akışı katyonik akım boyunca indüklenir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa iki saat içinde yapılabilir. Her iki altın elektrotun süresini hesaba katmayı ve elektrit çözeltisinin stabilize olmasını beklemeyi not edin.

Bu prosedürü denerken, elektrit çözeltilerinin dahil edilmesinin önemli miktarda zaman aldığını hatırlamak önemlidir. Bu prosedürü takip ederken, elektrohidrodinamik akışları sürmek için iyonik akım koşullarında elektro nötr koşulun ılımlı hale getirilmesi gerekir. Geliştirildikten sonra bu teknik, mikro ve nano akışkan fanomer alanındaki araştırmacıların çeşitli sızıntı türlerinde yeni akış kontrol yöntemlerini keşfetmelerinin yolunu açtı.

Bu videoyu izledikten sonra, elektrikli iyonik akımların indüklediği elektrohidrodinamik akışın nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız. Yüksek konsantrasyonlu sodyum hidroksit ile çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken her zaman koruyucu gözlük, eldiven ve laboratuvar önlüğü giymek gibi önlemlerin alınması gerektiğini unutmayın.