Die Autoren haben keine Bestätigungen.

(1) EHD Fluss induziert durch gleichgerichtete Ionentransport
<ol><li>Entwicklung einer Flow-Kanal-Gerät, Ion Transportwege zu korrigieren
	<ol>
<li>Machen Sie eine PTFE-Form des Behälters:<ol>
<li>13 x 30 x 10 mm3 Schimmel aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Fräsmaschine geschnitten (siehe Abbildung 2). Alternativ kaufen Sie eine Sonderanfertigung.</li>
			<li>Acrylplatten von 15 x 18 x 1 mm3 an beiden Enden der PTFE-Form mit einem Kunststoff Kleber, der Schlitze in das Reservoir auszugleichender Bias Elektroden machen zu halten. Diese Teile können aus einer großen Platte geschnitten oder gekauft.</li>
			<li>Acrylplatten 13 x 30 x 1 mm3 an den oberen und unteren Oberflächen der PTFE-Form mit einem Kunststoff Klebstoff planaren Flächen für klare Beobachtung zu halten.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Mischen Sie ein Silikon Elastomer Basis und heilende Mittel im Verhältnis 10:1 in ein 50 mL-Tube und schütteln Sie das Rohr von hand zu.</li>
		<li>Siedeln sich die flüssige PDMS in einem Vakuumbehälter und Entgasen sie mithilfe einer Kreiselpumpe.</li>
		<li>Entfernen Sie den Schlauch aus dem Behälter. Gießen Sie die PDMS in einem 40 x 50 x 24 mm3 Kunststoff-Behälter zu Formen die äußere Form des Stausees und legen Sie die Reservoir-Form (siehe Schritt 1.1.1) drin.</li>
		<li>Backen Sie den ganzen Körper der Flüssigkeit PDMS auf einer Herdplatte bei 80 ° C für ca. 4 h.</li>
		<li>Nach dem Backen Isolieren der PDMS-Reservoir aus PTFE-Schimmel und das außengefäß per hand. Machen Sie einen Schlitz quer durch die Mitte des Behälters mit einem chirurgischen Messer. Hiermit werden die Kanten ein Anion-Austausch-Membran (in Schritt 1.1.16 vorbereitet) mit einer Pinzette hineingesteckt werden. Hinweis: Das PDMS-Reservoir ist mit Elektrolytlösungen später gefüllt wie in Abbildung 2dargestellt.</li>
		<li>Erhalten Sie Glasplatten (hergestellt von Sonderbestellung) mit einer Kreisform von 18 mm Durchmesser oder in ein Quadrat mit 18 mm Kanten.</li>
		<li>Waschen Sie die Glasplatten durch Einweichen in Aceton, Ethanol und reines Wasser (in dieser Reihenfolge) in einem Ultraschall-Bad für 15 Minuten.</li>
		<li>Schlag alle Restflüssigkeiten entfernt mit einem Luftgewehr oder Erhitzen die Glasplatten mit einer Heizplatte für 5 min bei ca. 473 K.</li>
		<li>Mit Hochfrequenz-Sputtern, Mantel die Glasoberfläche mit Cr oder Ti Ar Plasma für 1 min bei 75 W ausgesetzt und sukzessive, hinterlegen eine Au Dünnschicht für 5 min bei 75 W, setzen die Dicke bei ca. 100 nm. Hinweis: Vor der Beschichtung der Glasoberfläche mit den Ziel-Metallen, wurden die Proben in einer Vakuumkammer gesetzt, die evakuiert wurde eine Kreiselpumpe mit einem molekularen Diffusionspumpe bis der Druck verringert, 1 x 10−2 PA.</li>
		<li>Löten Sie einen Vorsprung auf der Elektrodenoberfläche Au mit einem Lötkolben. Hinweis: Die Form der Au-Elektrode kann möglicherweise durch Plätze und spiralförmige Drähte, Aufrechterhaltung Flächen groß genug, um Ionen Ströme erzeugen ersetzt werden.</li>
		<li>Setzen Sie mit einer Pinzette die Glasplatten mit einer Au Dünnschicht an beiden Enden des Stausees beschichtet. Dies sind die Bias Elektroden.</li>
		<li>Schneiden Sie eine Anion-Austausch-Membran in eine rechteckige Form von 20 x 18 mm2 mit einer Schere. Eine Fläche von 13 mm in der Breite und 10 mm in der Höhe ist eine Flüssigkeit ausgesetzt. Hier kann ein Teppichmesser oder chirurgische Messer auch verwendet werden, um die Membran zu schneiden.</li>
		<li>Ein rechteckiges Stück 3 x 5.5 mm2 von einem Rand der Membran mit einer Schere ausgeschnitten. Hinweis: Die Dicke der Anionen-Austausch-Membran ist 220 µm. Die Membran ist leicht mit einer Schere oder einem Teppichmesser schneiden. Die Kanten der Membran sind teilweise mit den Schlitzen in der Kammer befestigt.</li>
		<li>Einen PDMS-Block mit einem Edelstahl Stab von 1 x 1 mm2 Querschnitt in der gleichen Weise wie in den Schritten 1.1.4 - 1.1.5, einen Strömungskanal zu erstellen, der die Membran dringt zu festigen. Verlassen Sie den Bau über Nacht und ziehen Sie dann den Edelstahl Stab aus dem PDMS-Block.</li>
		<li>Schneiden Sie die PDMS-Block mit einem quadratischen Strömungskanal in ein 3 x 6 x 4,5 mm Stück (siehe Abbildung 2) mit dem chirurgischen Messer. Stellen Sie Schlitze an den äußeren Rändern, dann hängen Sie es an die Membran in den rechteckigen Ausschnitt. Hinweis: Die obere Fläche des Kanals muss horizontal für eine klare Betrachtung der Partikel in der Flow-Kanal über die transparente Wand eingestellt werden.</li>
	</ol></li>
	<li>Zubereitung von Lösungen und Vorbehandlungen für Experimente
	<ol>
<li>Bereiten Sie NaOH wässrige Lösungen bei Konzentrationen von 1 x 10−1, 1 x 10−2und 1 x 10−3 Mol/L durch Verdünnung der Stammlösung vor.</li>
		<li>Machen Sie im Durchschnitt eine Dispersion von Polystyrol Partikel von 2,93 µm im Durchmesser in jedem der in Schritt 1.2.1 vorbereitet, indem die Konzentration auf 4,2 x 10−3 Vol% NaOH-Lösungen. Hinweis: Die Größe der Partikel, Tracer kann zur Verbesserung der Wahrnehmbarkeit entsprechend geändert werden.</li>
		<li>Ultrasonicate die formatierte Anion-Austausch-Membran von 20 x 18 mm2 mit einem Schlitz 3 x 5.5 mm2 2 X für 10 min in reinem Wasser mit einer Leistung von 100 w.</li>
		<li>Mit einer Pinzette die Anionen-Austausch-Membran mit PDMS-Strömungskanal in der PDMS-Stausee gesetzt. Füllen Sie den Tank mit 4 mL NaOH-Lösung mit einer Mikropipette. Hinweis: Die Membran Oberfläche und Flow-Kanal sind eingetaucht in die Lösung, wo die Membranoberfläche ausgesetzt, die Lösung ist mindestens 100 x größer als der Querschnitt des Strömungskanals.</li>
		<li>Wenden Sie eine elektrische Spannung von 2,2 V mithilfe einer Gleichstromquelle in vorwärts-und rückwärts für 2 h in Serie, zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Membran vor Beobachtung an.</li>
		<li>Die Au-Elektroden mit einer Pinzette herausziehen. Entfernen Sie die Lösung aus den Lagerstätten mit einer Mikropipette.</li>
		<li>Setzen Sie neue Au-Elektroden in den Stauseen mit einer Pinzette. Füllen Sie die Behälter mit 4 mL NaOH-Lösung mit einer Mikropipette. Beobachtungen zu starten, wenn die Lösung equilibriert ist. Hinweis: Es dauert ein paar Minuten Wartezeit bis die natürliche Konvektion niederlässt, die beurteilt werden kann, durch die Beobachtung des Verhaltens der Tracer Partikel.</li>
	</ol></li>
	<li>Aufbau und Messung Experimentalsysteme
	<ol>
<li>Legen Sie die Frame-Rate und die Belichtungszeit der Kamera High-Speed-ergänzende Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) auf 500 fps und 1 ms, beziehungsweise. Hinweis: Wie in Abbildung 1dargestellt, das experimentelle Gerät auf der Bühne eines Mikroskops, verbunden mit einer High-Speed-CMOS-Kamera soll die Partikel Bewegungen aufzeichnen. Die Ansicht wird in einem 15 Monitor mit einem 100 X Objektiv vergrößert.</li>
		<li>Entfernen Sie alle Bläschen aus dem Kanal, indem man die Spitze einer Mikropipette in Kanal Ende zu schieben oder ziehen Sie sie, bevor man eine elektrische Spannung.</li>
		<li>Eine elektrische Spannung von 2,2 V extern auf die Au Bias Elektroden anwenden Gleichzeitige Überwachung der elektrischen Antworten mithilfe eines potentiostaten oder eine DC-Stromquelle mit einem digitalen Multimeter. Hinweis: Der Spannungswert ist entschlossen, die obere Grenze, Vermeidung von der Wasser-Elektrolyse, die O-2 und H2 Luftblasen in der Projektmappe generiert werden.</li>
		<li>Das Verhalten der Tracer Partikel auf dem Computer aufzeichnen.</li>
		<li>Messen Sie eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Strömungskanals mithilfe Au Sonde Elektroden und ein digital-Multimeter um zu bestätigen, dass das Konzentrationsgefälle von Ionen eine EHD Fluss38,39auslöst.</li>
		<li>Den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems in der Mitte des Kanals zu bestimmen. Hinweis: Die X- Achse geht in Längsrichtung des Strömungskanals "und" y- und Z-Achsen sind in der horizontalen und vertikalen Richtungen im Querschnitt des Kanals, beziehungsweise, wie in Abbildung 2dargestellt. Transparente PDMS-Kanal ermöglicht Flüssigkeitsströmen visualisiert werden entlang der X-Achse. Der Blick konzentriert sich auf die Xy -Ebene bei Z = 0 durch die Kontrolle der Schärfentiefe. Die Bewegungsdaten sind unabhängig von X in der Messstrecke mit Ausnahme nur in der Nähe von Eingang und Ausgang des Kanals und der Aussichtspunkt befindet sich auf ca. 0,75 mm flussabwärts vom Ursprung, so dass X = 0,75, y = 0 und z = 0 mm.</li>
		<li>Nach einer einzigen Messung (15 s), die Elektroden durch Verbinden sie untereinander mit einem Vorsprung für 20 min bis die Lösung equilibriert ist Kurzschluss.</li>
		<li>Als nächstes bewegen Sie die Gesamtheit der Lösung auf ein anderes Schiff (z.B. eine 10 mL Probenflasche) und rühren Sie es mit einer Mikropipette.</li>
		<li>Füllen Sie die gerührte Lösung in die Kammer wieder mit einer Mikropipette beim iterativ das Experiment durchführen. Hinweis: Nach Beobachtung ist die EHD Strömungsgeschwindigkeit mithilfe der Partikel Image Velocimetry (PIV) Methode39, die getan werden kann, mithilfe der entsprechenden Software zu verfolgen die Auslenkung der Teilchen und numerisch bewerten die Geschwindigkeit ausgewertet. Eine ausführliche Erläuterung der PIV-Methoden und deren Verwendung wird hier ausgelassen, da PIV Analysen am meisten benutzt sind und die Verfahren der Berechnungen hängen von der Software und Betriebssystem, der verwendet wird.</li>
	</ol></li>
</ol>(2) Beobachtung der EHD kation-induzierte Ströme
<ol><li>
Entwicklung von experimentellen Gerät
	<ol>
<li>Bilden Sie Au Bias Elektroden mit einer 26 x 10 mm2 Fläche auf der unteren Glasplatte nach Verfahren ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Schritten 1.1.5 - 1.1.7.</li>
		<li>Mit Hochfrequenz-Sputtern, Beschichten einer Glasoberfläche mit Cr oder Ti Ar Plasma für 2 min bei 75 Watt ausgesetzt und hinterlegen eine Au Dünnschicht für 5 min. bei 75 Watt. Hinweis: Diese Form der Elektrode wird ermittelt, um elektrische Felder im Großraum engsten Kanal hoch konzentrieren. Idealerweise ist das Verhältnis von der Elektrodenoberfläche, deren Fläche von 10 x 10 mm2 zu einer Flüssigkeit, dem Querschnitt des Kanals ausgesetzt ist 100: 1; Dieses Verhältnis wird voraussichtlich eine große Menge16ausreichen, um das elektrische Potential an den Kanal zu fallen.</li>
		<li>Löten Sie eine Blei-Linie an einer Kante der Elektroden mit einem Lötkolben.</li>
		<li>Aus einer großen Silikon Kautschuk, 2 Kammern, ausgeschnitten jede gemacht von einem 1 x 1 x 1 mm-3 -Flow-Kanal platziert zwischen zwei 10 x 10 x 1 mm3 Stauseen, mit einem chirurgischen Messer (siehe Abbildung 3). Diese Teile können von PDMS ersetzt werden.</li>
		<li>Schneiden Sie ein KATIONENAUSTAUSCH Membran mit einer durchschnittlichen Stärke von 127 µm bis 20 x 30 mm mit einem Teppichmesser oder chirurgische Messer, wie in Abbildung 3dargestellt.</li>
		<li>Ultrasonicate jedes Teil in reinem Wasser für 15 min durch die Anwendung von 100 W.</li>
		<li>Legen Sie eine KATIONENAUSTAUSCH Membran zwischen den Kammern mit einer Pinzette, wie in Abbildung 3dargestellt. Dies wird 2 Elektrolytlösungen von unterschiedlichen Konzentrationen trennen.</li>
		<li>Drücken Sie und verschließen Sie den Stapel der Kammern und KATIONENAUSTAUSCH Membran mit Glasplatten, deren Abmessungen 26 mm breit und 38 mm lang sind.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Lösungen
	<ol>
<li>Bereiten Sie eine Dispersion von Polystyrol Partikel von einem mittleren Durchmesser von 1,01 µm in einem 1 x 10−2 Mol/L Tris (Hydroxymethyl) Aminomethane Ethylenediaminetetraacetic (Tris-EDTA) Puffer Säurelösung, wo das Volumenverhältnis 1 x 10−2 angepasst ist Vol-%.</li>
		<li>Bereiten Sie eine Mischung von 1 Mol/L KCl und 1 x 10−2 Mol/L Tris-EDTA.</li>
		<li>Das Tris-EDTA/Polystyrol-Partikel und Tris-EDTA/KCl-Lösungen in der unteren und oberen Kammern bzw. zu injizieren, per Spritze Nadel eingesetzt von den Seitenwänden der Kammern. Hinweis: Die Menge der Lösungen in jeder Kammer eingespritzt ist ungefähr 210 µL.</li>
		<li>Warten Sie ca. 18 h, bis die Lösung durch eine Diffusion der Ionen zu den Ionen-Konzentration Unterschied zwischen den oberen und unteren Schichten entspannen equilibriert ist. Hinweis: In den Diffusionsprozess K+ in der oberen Lösung und H+ in der Membran werden voraussichtlich die Membran durchdringen erste und Cl− wird erwartet, ihnen zu folgen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Aufbau und Messung Experimentalsysteme
	<ol>
<li>Stellen Sie das experimentelle Gerät entwickelt in Schritt 2.1 auf der Bühne des inversen Mikroskop von hand, wie in Abbildung 3dargestellt. Verbinden Sie das Mikroskop mit einer High-Speed-CMOS-Kamera die Flugbahnen der Teilchen-Bewegungen aufzeichnen und die Beobachtungsdaten auf einem Computer.</li>
		<li>Wenden Sie eine elektrische Potentialdifferenz von 2 V für 6 s zwischen den beiden Elektroden mit einem Funktionsgenerator als Stromquelle.</li>
		<li>Um zu bestätigen, dass EHD fließt durch Ionentransport induziert werden, Messen Sie die Ionischen Ströme gleichzeitig mit einem Amperemeter40.</li>
		<li>Analysieren Sie die aufgezeichneten Flugbahnen der Teilchen durch die tracking-Velocimetry (PTV) Methode39Partikel. Hinweis: Nach den Beobachtungen, ist die EHD-Strömungsgeschwindigkeit von der PTV-Methode, die bewertet möglich ist durch den Einsatz geeigneten Software, verfolgen die Auslenkung der Teilchen und numerisch auswerten die Geschwindigkeit. Eine ausführliche Erläuterung der PTV-Methoden und deren Verwendung wird hier ausgelassen, da PTV Analysen am meisten benutzt sind und die Verfahren der Berechnungen hängen von der Software und Betriebssystem, der verwendet wird.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pressure+generation.">Ion drag pressure generation.</a> Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).</li><li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pumps.">Ion drag pumps.</a> Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).</li><li>Melcher, J. R., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamics:+A+review+of+the+role+of+interfacial+shear+stresses.">Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).</li><li>Saville, D. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+characterization+of+electroosmotic+micropumps.">Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 79, 107-114 (2001).</li><li>Bhaumik, S. K., Roy, R., Chakraborty, S., DasGupta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-voltage+electrohydrodynamic+micropumping+of+emulsions.">Low-voltage electrohydrodynamic micropumping of emulsions.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 193, 288-293 (2014).</li><li>El Moctar, A. O., Aubry, N., Batton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-hydrodynamic+micro-fluidic+mixer.">Electro-hydrodynamic micro-fluidic mixer.</a> Lab on a Chip. 3, 273-280 (2003).</li><li>Bart, S. F., Tavrow, L. S., Mehregany, M., Lang, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabricated+electrohydrodynamic+pumps.">Microfabricated electrohydrodynamic pumps.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 21, 193-197 (1990).</li><li>Ashikhmin, I. A., Stishkov, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+insulating+walls+on+the+structure+of+electrodynamic+flows+in+a+channel.">Effect of insulating walls on the structure of electrodynamic flows in a channel.</a> Technical Physics. 57, 1181-1187 (2012).</li><li>Yano, A., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+electrohydrodynamic+flow+through+a+pore+in+ion-exchange+membrane.">Observation of electrohydrodynamic flow through a pore in ion-exchange membrane.</a> International Journal of Chemical Engineering and Applications. 6, 254-257 (2015).</li><li>Doi, K., Yano, A., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+flow+through+a+1+mm2+cross-section+pore+placed+in+an+ion-exchange+membrane.">Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).</li><li>Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concentration+dependence+of+cation-induced+electrohydrodynamic+flow+passing+through+an+anion+exchange+membrane.">Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201 (2017).</li><li>Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterisation+of+microparticle+transport+driven+by+ionic+current+conditions+in+electrically+polarized+aqueous+solutions.">Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions.</a> Micro &amp; Nano Letters. 12, 526-531 (2017).</li><li>Doi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonequilibrium+ionic+response+of+biased+mechanically+controllable+break+junction+(MCBJ)+electrodes.">Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der Zweck dieser Studie war, kationen und Anionen in wässrigen Lösungen in Bezug auf die räumliche Verteilung und Transport Zahlen zu trennen. Mit einem Anion-Austausch-Membran, könnte der Transport von Anionen und kationen in der Membran und in einen Strömungskanal, der die Membran, bzw. durchdringt korrigiert werden. Alternativ, arbeitete eine KATIONENAUSTAUSCH Membran, die hohe und niedrige Konzentration Lösungen getrennt, um elektrisch polarisierte Lösungen nach erheblicher Wartezeit zu generieren. Infolgedess...

Vor kurzem haben Flüssigkeitsstrom Steuerungstechniken angezogen viel Aufmerksamkeit wegen Interesse an Anwendungen von Mikro- und nanofluidischen Geräte1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15. in polaren Lösungen wie wässrigen Lösungen und Ionische Flüssigkeiten, Ionen und elektrisch geladenen Teilchen in der Regel über elektrische Ladungen in Flüssigkeitsströmen bringen. Der Transport solcher polarisierte Teilchen stellt eine Erweiterung der verschiedenen Anwendungen, wie Einzelmolekül-Manipulation6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17, Ionen-Diode Geräte12,18und Flüssigkeitsstrom Steuern19,20,21,22. EHD fließen seit ein anwendbar Phänomen für Regelungs-und Steuerungssysteme Flüssigkeitsstrom Stuetzer1,2 die Ionen ziehen Pumpe erfunden. Melcher und Taylor3 veröffentlicht einen wichtigen Artikel, in denen der theoretische Rahmen der EHD Fluss wurde enthusiastisch begrüßt und einige herausragende Experimente wurden auch demonstriert. Saville4 und seine Kollegen23,24 trugen zu den folgenden Ausbau EHD Technologien in Flüssigkeiten. Allerdings gab es einige Einschränkungen für Induktion fließt Flüssigkeit angetrieben durch elektrische Kräfte, denn Zehntausende kV in Flüssigkeiten, elektrische Ladungen in unpolaren Lösungen, wie z.B. Öle, sie polarisieren,1,2 injizieren angewendet werden , 3. Dies ist ein Nachteil für wässrige Lösungen, weil der Wasser-Elektrolyse, die durch eine elektrische Spannung höher als 1,23 V induziert ist die Eigenschaften der Lösungen verändert und die Lösungen instabil macht.
In Mikro- und nanofluidischen Kanäle verursachen Oberfläche Vorwurf der Kanalwände die Konzentration von gegenionen, die effektiv Elektroosmotischer fließt (EOFs induzieren) nach außen angewandte elektrische Felder25,26,27 ,28,29. Mit EOFs, wurden einige flüssige Pumpen Techniken in wässrigen Lösungen, Verringerung der elektrischen Spannungen30,31,32angewendet. Auf der anderen Seite beschränken sich EOFs auf der Mikro- und Nanospaces in denen Fläche dominanter als flüssige Volumen werden generiert wird. Darüber hinaus führt je nach Transport von hochkonzentrierten Ionen sehr nahe an den Wandflächen, wie z. B. in elektrischen Doppelschichten, die Slip-Grenze nur die Flüssigkeit, die möglicherweise nicht ausreichend, um Druck Steigungen7, 8 , 22 , 26 , 27. Feinabstimmung, wie Kanal Abmessungen und Salzkonzentrationen, ist erforderlich für die Anwendungen der EOF. Im Gegensatz dazu fließt EHD Körper scheinen Kräfte zur Verfügung stehen, um Massen und Energien zu transportieren, wenn die Anwendung Spannungen reduziert werden können, um zu vermeiden, erniedrigende Lösungsmittel zurückzuführen. Vor kurzem haben einige Forscher vorgeschlagen, Anwendungen von EHD mit niedrigen Spannungen33,34,35,36. Obwohl diese Technologien noch nicht umgesetzt haben, sollen die Grenzen zu erweitern.
In den vorhergehenden Studien führten wir auch experimentelle und theoretische Arbeiten auf EHD fließt in wässrigen Lösungen37,38,39,40. Es wurde angenommen, dass die Berichtigung von Ion Transportwege wirksam war zu elektrisch geladene Lösungen zu generieren, die elektrischen Körperkräfte unter elektrische Felder führen. Durch die Verwendung einer Ionen-Austausch-Membran und einen Strömungskanal durchqueren die Membran, konnten wir Ionische Strömungen zu korrigieren. Bei der Bewerbung einer Anion-Austausch-Membran kationen konzentriert in den Fluss Kanal gezogen die Lösungsmittel und entwickelt eine EHD fließen37,38,39. Ein Unterschied bei der Mobilität von ionenspezies war ein wichtiger Faktor, wenn die kationischen und anionischen Strömungen zu trennen. Ionenaustauscher Membranen effektiv arbeitet die Mobilität aufgrund der Ionen-Selektivität zu modulieren. Ion TRANSPORTPHÄNOMENE wurden auch aus der Sicht der Ionischen Stromdichte beeinflusst durch angewandte elektrische Felder41untersucht. Diese Studien wurden fruchtbar für entwickeln Manipulationstechniken für einzelne Moleküle, nämlich Mikro- und Nanopartikel, deren Bewegungen durch thermische Fluktuationen11,16,17 stark betroffen sind . EOFs und EHD Ströme werden voraussichtlich erweitern die Vielfalt der präzise Flow Control-Methoden sowie Druck Steigungen.
In dieser Studie zeigen wir Ihnen zwei Methoden, um Laufwerk EHD fließt in wässrigen Lösungen. Erstens dient zum Antrieb einer EHD fließen37,38,39eine NaOH-Lösung für ein Arbeitsmedium. Eine Anion-Austausch-Membran trennt die Flüssigkeit in zwei Teile. Ein Strömungskanal Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einem Querschnitt von 1 x 1 mm und einer Länge von 3 mm durchdringt die Membran. Durch die Anwendung einer elektrischen Spannung von 2,2 V, wird die elektrophoretische Transport von Na+, H+und OH− Ionen entlang der elektrische Felder induziert. Ein Anion-Austausch-Membran und einen Strömungskanal arbeiten effektiv, um die Transportwege von Ionen zu trennen, wo Anionen dominant die Membran passieren und kationen konzentrieren sich im Strömungskanal, obwohl beide Arten in der Regel in entgegengesetzte Richtungen bewegen, Aufrechterhaltung der Elektroneutralität. So bewirkt solch ein Zustand keine treibende Kraft für flüssige Bewegungen. Diese Struktur ist entscheidend für die Erzeugung von eine EHD-Fluss, dessen Fließgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 mm erreicht/s in den Kanal, weil hochkonzentriert kationen durch externe elektrische Felder beschleunigt ziehen Sie Lösungsmittel Moleküle. EHD Bewegungen beobachtet und aufgezeichnet mit einem Mikroskop und einer Highspeed-Kamera, wie in Abbildung 1dargestellt. Zweitens ein Konzentration Unterschied zwischen zwei flüssigen Phasen getrennt durch eine Ionen-Austausch-Membran bewirkt eine elektrisch polarisierten Zustand zu generierenden überqueren eine Ionen-Austausch-Membran-40. In dieser Studie finden wir die Bedeutung von einer erheblichen Wartezeit zu equilibrate Ionen-Verteilungen und eine entsprechende elektrische Potential, wodurch vorzuziehene Bedingungen Körper Kraft in einer Flüssigkeit. Überqueren die Ionen-Austausch-Membran, wird ein schwach polarisierter Zustand erreicht. In einem solchen Zustand ein äußerlich angewandte elektrisches Feld induziert gerichtete Ionentransport, die eine Körperkraft in einer Flüssigkeit erzeugt und dadurch die Impulsübertragung von den Ionen, die Lösungsmittel entwickelt einen EHD-Fluss.
Wie oben erwähnt, die heutigen Geräte erfolgreich den angelegten Spannungsunterschied zu einigen Volt drastisch zu verringern, und kann deshalb diese Methode kann für wässrige Lösungen verwendet werden, obwohl die konventionelle elektrische Ladung Injektionsmethoden Zehntausende kV erforderlich und beschränken sich auf einen Antrag auf nicht-wässrigen Lösungen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:915px;" width="914">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:283px;">Sylgard 184</td>
			<td style="width:279px;">Dow Corning Corp.</td>
			<td style="width:187px;">3097366-0516, 3097358-1004</td>
			<td style="width:167px;">PDMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Acetone</td>
			<td style="width:279px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">012-00343</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Ethanol</td>
			<td style="width:279px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">054-00461</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">0.1 mol/L Sodium Hydroxide Solution</td>
			<td style="width:279px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">196-02195</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Pottasium Chloride</td>
			<td style="width:279px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">163-03545</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Tris-EDTA buffer 100x concentrate</td>
			<td style="width:279px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:187px;">T9285-10014L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">2.93 &#956;m polystyrene particle</td>
			<td style="width:279px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:187px;">L300 Rouge</td>
			<td>Tracer particle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">1.01 &#956;m polystyrene particle</td>
			<td style="width:279px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:187px;">K100(23716)</td>
			<td>Tracer particle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Anion exchange membrane</td>
			<td style="width:279px;">ASTOM Corp.</td>
			<td style="width:187px;">Neosepta AHA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Gold (Au)</td>
			<td style="width:279px;">Furuuchi Chemical Corp.</td>
			<td style="width:187px;">AUT-13301X</td>
			<td>Sputtering target metal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Titanium</td>
			<td style="width:279px;">Furuuchi Chemical Corp.</td>
			<td style="width:187px;">TIT-72301X</td>
			<td>Sputtering target metal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Chromium</td>
			<td style="width:279px;">Furuuchi Chemical Corp.</td>
			<td style="width:187px;">CRT-24301X</td>
			<td>Sputtering target metal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hight-speed CMOS camera</td>
			<td style="width:279px;">Keyence Corp.</td>
			<td style="width:187px;">VW-600M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microscope</td>
			<td style="width:279px;">Keyence Corp.</td>
			<td style="width:187px;">VW-9000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Data logger</td>
			<td style="width:279px;">Keyence Corp.</td>
			<td style="width:187px;">NR-500, NR-HA08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Laser displacement meter</td>
			<td style="width:279px;">Keyence Corp.</td>
			<td style="width:187px;">LK-G5000, LK-H008W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">PIV and PTV software</td>
			<td style="width:279px;">DITECT Co. Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">Flownizer 2D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:279px;">AMTEK Inc.&#160;</td>
			<td style="width:187px;">VersaSTAT4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Inverted microscope</td>
			<td style="width:279px;">Olympus Corp.</td>
			<td style="width:187px;">IX73</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">High-speed CMOS camera</td>
			<td style="width:279px;">Andor Technology Ltd.</td>
			<td style="width:187px;">Zyla 5.5 sCMOS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Function generator</td>
			<td style="width:279px;">NF Corp.&#160;</td>
			<td style="width:187px;">WF1945B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Function generator</td>
			<td style="width:279px;">NF Corp.&#160;</td>
			<td style="width:187px;">WF1973</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:279px;">AS ONE Corp.</td>
			<td style="width:187px;">AS22GTU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Rotary pump</td>
			<td style="width:279px;">ULVAC, Inc.</td>
			<td style="width:187px;">G-100S</td>
			<td>Degas liquid PDMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Rotary pump</td>
			<td style="width:279px;">ULVAC, Inc.</td>
			<td style="width:187px;">GLD-201A</td>
			<td>Sputtering&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Molecular diffusion pump</td>
			<td style="width:279px;">ULVAC, Inc.</td>
			<td style="width:187px;">VPC-400</td>
			<td>Sputtering</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation and control of electrohydrodynamic flows in aqueous electrolyte solutions

Electrohydrodynamic (EHD) fahren fließt in wässrigen Lösungen, die Trennung von Kationen und Anionen Transportwege ist wichtig weil eine gerichtete elektrische Körperkraft hat durch Ionische Bewegungen in Flüssigkeit induziert werden. Auf der anderen Seite, positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig, und Elektroneutralität bleibt überall in Gleichgewichtsbedingungen. Darüber hinaus muss eine Erhöhung einer angelegten Spannung unterdrückt werden, um Wasser-Elektrolyse zu vermeiden, wodurch die Lösungen instabil werden. In der Regel können EHD fließt in nichtwässrigen Lösungen induziert werden durch die Anwendung von extrem hoher Spannungen, wie Dutzende von kV, elektrische Ladungen zu injizieren. In dieser Studie werden zwei Methoden eingeführt, um generieren EHD Ströme induziert durch elektrische Ladung Trennungen in wässrigen Lösungen, wo zwei flüssige Phasen durch eine Ionen-Austausch-Membran getrennt sind. Durch einen Unterschied in der Ionischen Mobilität in der Membran wird Ionen-Konzentration Polarisierung zwischen beiden Seiten der Membran induziert. In der vorliegenden Studie zeigen wir zwei Methoden. (i) die Lockerung der Ionen-Konzentration Steigungen erfolgt über einen Strömungskanal, die eine Ionen-Austausch-Membran durchdringt, wo die langsamere Arten in der Membran selektiv dominierend im Strömungskanal wird. Dies ist eine treibende Kraft, eine EHD-Strömung in der Flüssigkeit zu generieren. (Ii) eine lange Wartezeit für die Diffusion von Ionen durch die Ionen-Austausch-Membran ermöglicht die Erzeugung ein Ion-gezogen-Flow durch extern Anlegen eines elektrischen Feldes. Ionen in einem Strömungskanal eine 1 x 1 mm2 Querschnitt konzentriert bestimmen Sie die Richtung der Flüssigkeitsströmung, entsprechend der elektrophoretischen Transportwege. Bei beiden Methoden wird die elektrische Spannungsdifferenz erforderlich für eine EHD-Flow-Generierung drastisch reduziert, um 2 V in der Nähe von Beseitigung der Ionen-Transportwege.

Abbildung 4 (video Bild) präsentiert ein repräsentatives Ergebnis einer EHD Fluss Generation, die aus der Berichtigung der Ionen-Transportwege und hochkonzentrierten kationen, die einen Flüssigkeitsstrom in den Kanal induziert gemäß Schritt 1 des Protokolls. Abbildung 5 zeigt ein Ergebnis der PIV-Analyse, wo 20 Datenpunkte nahe der Mitte des Kanals (y = Z = 0 mm) wurden gemittelt. Im Falle von 1 x 10?...

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Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

Die Berichtigung von Ion Transportwege ist eine effektive Methode um ein-seitige Ion gezogen Electrohydrodynamic Ströme zu erzeugen. Durch die Festlegung einer Ionen-Austausch-Membran in einen Strömungskanal, ein elektrisch polarisierter Zustand wird erzeugt und führt zu einem Flüssigkeitsstrom Gefahren werden, wenn ein elektrisches Feld extern angewendet wird.

Erzeugung und Kontrolle der Electrohydrodynamic fließt in wässrigen Elektrolytlösungen

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

generation-control-electrohydrodynamic-flows-aqueous-electrolyte

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Electric Potential

Potential Energy and Energy Conservation

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8.8K Aufrufe.  Osaka University. Die Berichtigung von Ion Transportwege ist eine effektive Methode um ein-seitige Ion gezogen Electrohydrodynamic Ströme zu erzeugen. Durch die Festlegung einer Ionen-Austausch-Membran in einen Strömungskanal, ein elektrisch polarisierter Zustand wird erzeugt und führt zu einem Flüssigkeitsstrom Gefahren werden, wenn ein elektrisches Feld extern angewendet wird.

Serie: Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Die Herstellung elektro Bridges von Polar Schlags Flüssigkeiten

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Forschung

Ingenieurwesen

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Nicht-wässrige Elektroden-Verarbeitung und Bau von Lithium-Ionen-Knopfzellen

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Die Messung der Quantum Interference in einem Silizium-Ring-Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. However, the responsiveness of a galvanometer mirror is limited by its inertia; hence, the gain of a galvanometer mirror is reduced when the control path is steep. In this research, we propose a method to extend the corresponding frequency using a pre-emphasis technique to compensate for the gain reduction of galvanometer mirrors in sine-wave path tracking using proportional-integral-differential (PID) control. The pre-emphasis technique obtains an input value for a desired output value in advance. Applying this method to control the galvanometer mirror, the raw gain of a galvanometer mirror in each frequency and amplitude for sine-wave path tracking using a PID controller was calculated. Where PID control is not effective, maintaining a gain of 0 dB to improve the trajectory tracking accuracy, it is possible to expand the speed range in which a gain of 0 dB can be obtained without tuning the PID control parameters. However, if there is only one frequency, amplification is possible with a single pre-emphasis coefficient. Therefore, a sine wave is suitable for this technique, unlike triangular and sawtooth waves. Hence, we can adopt a pre-emphasis technique to configure the parameters in advance, and we need not prepare additional active control models and hardware. The parameters are updated immediately within the next cycle because of the open loop after the pre-emphasis coefficients are set. In other words, to regard the controller as a black box, we need to know only the input-to-output ratio, and detailed modeling is not required. This simplicity allows our system to be easily embedded in applications. Our method using the pre-emphasis technique for a motion-blur compensation system and the experiment conducted to evaluate the method are explained.

We propose a method to extend the corresponding frequency by using a pre-emphasis technique. This method compensates for the gain reduction of a galvanometer mirror in sine-wave path tracking using proportional-integral-differential control.

Gewinn-Kompensationsmethode für eine Sinusförmige Scan eines Galvanometer-Spiegel im Proportional-Integral-Differential Steuerung über Pre-Emphasis-Techniken

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Überwachung von der beschleunigten Leistungsabfall von Solarzellen und Modulen: eine Fallstudie für Cu (In, Ga) Se2 Solarzellen

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

Studium der Siphon Breaker Experiment und Simulation für einen Forschungsreaktor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Simultaneous Multi-surface Anodizations and Stair-like Reverse Biases Detachment of Anodic Aluminum Oxides in Sulfuric and Oxalic Acid Electrolyte

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental sciences and industrial applications owing to their periodic arrangement of nanopores with relatively high aspect ratio. However, the techniques reported so far, which could be only valid for mono-surface anodization, show critical disadvantages, i.e., time-consuming as well as complicated procedures, requiring toxic chemicals, and wasting valuable natural resources. In this paper, we demonstrate a facile, efficient, and environmentally clean method to fabricate nanoporous AAOs in sulfuric and oxalic acid electrolytes, which can overcome the limitations that result from conventional AAO fabricating methods. First, plural AAOs are produced at one time through simultaneous multi-surfaces anodization (SMSA), indicating mass-producibility of the AAOs with comparable qualities. Second, those AAOs can be separated from the aluminum (Al) substrate by applying stair-like reverse biases (SRBs) in the same electrolyte used for the SMSAs, implying simplicity and green technological characteristics. Finally, a unit sequence consisting of the SMSAs sequentially combined with SRBs-based detachment can be applied repeatedly to the same Al substrate, which reinforces the advantages of this strategy and also guarantees the efficient usage of natural resources.

A protocol for fabricating nanoporous anodic aluminum oxides via simultaneous multi-surfaces anodization followed by stair-like reverse biases detachments is presented. It can be applied repeatedly to the same aluminum substrate, exhibiting a facile, high-yield, and environmentally clean strategy.

Gleichzeitige Multi-Oberfläche Anodizations und Treppe-wie umgekehrte Vorurteile Ablösung der anodische Aluminium Oxide in Schwefelsäure und Oxalsäure-Elektrolyten

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Elektrisches Feld Kontrolle der elektronischen Zustände in WS2 Nanosysteme durch Elektrolyt Anspritzung

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional states on-chip in a practical way have remained elusive due to the increasing complexity of the quantum circuitry needed to prepare and process such states. Here, we outline how high-dimensional, frequency-bin entangled, two-photon states can be generated at a stable, high generation rate by using a nested-cavity, actively mode-locked excitation of a nonlinear micro-cavity. This technique is used to produce pulsed quantum frequency combs. Moreover, we present how the quantum states can be coherently manipulated using standard telecommunications components such as programmable filters and electro-optic modulators. In particular, we show in detail how to accomplish state characterization measurements such as density matrix reconstruction, coincidence detection, and single photon spectrum determination. The presented methods form an accessible, reconfigurable, and scalable foundation for complex high-dimensional state preparation and manipulation protocols in the frequency domain.

A protocol is presented for the practical generation and coherent manipulation of high-dimensional frequency-bin entangled photon states using integrated micro-cavities and standard telecommunications components, respectively.

Generation und kohärente Steuerung der gepulsten Quantum Frequenzkämmen

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional ...