Ce travail a été réalisé dans le cadre ITT de coopération de Wetsus, centre d&#39;excellence pour la technologie durable de l&#39;eau (de www.wetsus.nl). Wetsus est financé par le ministère néerlandais des Affaires économiques, le Fonds européen de développement régional de l&#39;Union, la province de Frise, la ville de Leeuwarden et le programme EZ / Kompas du «Samenwerkingsverband Noord-Nederland&quot;. Les auteurs tiennent à remercier les participants du thème de recherche &quot;Physique Appliquée de l&#39;eau&quot; pour les discussions fructueuses et leur soutien financier.

1. Recommandations générales <ol><li> Porter des gants jetables, sans poudre à travers la mise en place de l&#39;expérience pour éviter la contamination par la sueur ou de l&#39;huile sur les mains. </li><li> Nettoyez toute la verrerie, les électrodes et les autres parties qui entrent en contact avec le liquide à l&#39;étude, en accordant une attention particulière pour éviter l&#39;introduction de contaminants qui peuvent se dissoudre dans la phase liquide. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un appareil de mesure de la conductivité, la mesure de la conductivité électrique du liquide qui sera utilisée dans l&#39;expérience et de confirmer qu&#39;il est ≤1 uS / cm. </li></ol> 2. installation expérimentale <ol><li> Système de pont horizontal (figure 1a) <ol><li> Placer une paire de plates-formes réglables en hauteur sur une surface non-conductrice niveau. Fixer une plate-forme en place et monter l&#39;autre plate-forme sur une platine de translation linéaire motorisé qui a un Voyage minimum de 25 mm. </li><li> Sécurisés plaques isolantes (Figure 1a, partie j) à the de la surface supérieure des plates-formes réglables. Utilisation des plaques qui sont sur-dimensionnés de manière à surplomber les plates-formes par au moins 10 mm sur les côtés isolant. Utilisation des matériaux courants tels que le Téflon, l&#39;acrylique, ou un verre de fenêtre. Choisissez l&#39;épaisseur à prévenir la dégradation de la tension maximale prévue. </li><li> Branchez le bloc d&#39;alimentation haute tension (figure 1a, partie m) selon les instructions du fabricant. </li><li> Solder pinces crocodiles à la fin de la fois la haute tension et les fils de terre. </li><li> Fixer une extrémité d&#39;un bras de support réalisé à partir de matériau isolant rigide sur un support annulaire avec la tige d&#39;isolation en saillie horizontalement au-dessus des plates-formes d&#39;isolation. </li><li> Montez les fils de terre et haute tension pour les bras de support en utilisant soit plusieurs tours de ruban électrique, les liens de fil de nylon ou d&#39;autres moyens appropriés pour que les pinces crocodiles saillie vers le bas au-dessus des plates-formes isolées. </li><li> Clip une électrode de platine (Figure 1a, partie k) Dans chacune des deux pinces crocodiles. </li><li> Positionner les bras de support de telle sorte que le fil à haute tension est au-dessus de la plate-forme fixe et le conducteur de terre est au-dessus de la plate-forme mobile. </li></ol></li><li> Système de pont verticale (figure 1b) <ol><li> Attacher une pince non-conductrice à une platine de translation linéaire, de sorte que la pince peut se déplacer un minimum de 25 mm. Utilisez cette pince pour tenir le navire (figure 1b, partie i) qui sera relié au fil de terre. </li><li> Monter cet ensemble sur une structure de support rigide verticale. </li><li> Attacher une pince non conductrice similaire à la ligne et au-dessous de l&#39;appui sur la platine de translation linéaire. Utiliser cette pince pour maintenir le navire, qui sera relié au fil de haute tension. </li></ol></li><li> Faites un &quot;cul-de-bâton» (Voir Figure 1c à titre d&#39;illustration) <ol><li> Obtenir une pièce en matériau rigide non conducteur, tel qu&#39;une tige de verre ou de plastique de 30 à 40 cm de long (Figure &amp;# 160; 1c, partie p). </li><li> Fixez un morceau de métal conducteur 10-15 cm de long (figure 1c, partie q) à une extrémité de la tige à l&#39;aide de plusieurs tours de ruban électrique (figure 1c, partie r) appliquée d&#39;une manière ou d&#39;une autre traversée matériel de fixation. </li><li> Utilisez le &quot;mort-coller» à combler les tension et la masse des électrodes haute avec le bout de métal après l&#39;alimentation est coupée pour s&#39;assurer que le circuit est déchargée avant de manutention. </li></ol></li></ol> 3. Fonctionnement des ponts liquides <ol><li> Ponts Horizontal Liquide <ol><li> Remplir chaque récipient (Figure 1a, partie i), avec suffisamment de liquide pour amener la surface à l&#39;intérieur de 1 à 5 mm de la buse de coupe ou de la jante. Pour les récipients (diamètre 60 mm) utilisés dans cette démonstration, en utilisant 67 g de liquide pour l&#39;eau, 74 g de DMSO, ou 84,4 g de glycérol. </li><li> Placez les 2 navires sur la plate-forme d&#39;isolation tels qu&#39;ils Physcontacter ment les uns des autres en un seul endroit, comme les becs, mais le bord de la paroi droite fonctionnera également. </li><li> Ajuster la hauteur de la plate-forme de sorte que le liquide ne communique avec l&#39;électrode de platine et pas la pince crocodile ou de fil. Faites attention à l&#39;alignement vertical de sorte que le pont résultant soit à l&#39;horizontale. </li><li> Placer les électrodes de platine dans les récipients remplis de liquide de sorte qu&#39;ils sont au moins 15 mm à partir de la position de contact lorsque le pont se forme. NOTE: En général, les électrodes sont placées entre le centre de la cuve et la paroi la plus éloignée de l&#39;endroit où les deux vaisseaux sont en contact. </li></ol></li><li> Verticales liquides Ponts <ol><li> Utilisez deux propres, fermés bateaux avec un port de liquide comme le montre la figure 1b, partie i. </li><li> Remplir chaque récipient avec le liquide à l&#39;étude afin qu&#39;il n&#39;y ait pas de bulles d&#39;air. </li><li> Insérez une électrode (figure 1b, partie k) dans chaque récipient et fermer la cap pour maintenir le liquide en place. </li><li> Monter les deux cuves fermées dans les bornes non conductrices (voir 2.2) de telle sorte que les ouvertures pointent l&#39;un vers l&#39;autre. </li><li> Ajouter quelques gouttes de liquide à l&#39;ouverture du tube inférieur de sorte qu&#39;une surface de liquide incurvée en saillie de quelques millimètres au-dessus du bord du verre. </li><li> Amenez l&#39;embarcation supérieure vers le bas de sorte qu&#39;il entre en contact avec une faible formation d&#39;un petit pont capillaire. </li><li> Connectez la sortie haute tension de l&#39;alimentation (figure 1b, partie m) à la cuve inférieure (fixe) de borne d&#39;électrode et la terre à la (traduction) récipient supérieur. </li></ol></li><li> Opérations haute tension <ol><li> Considérations générales <ol><li> Avant d&#39;aller plus loin confirment que toutes les surfaces soient sèches et que pas de liquide de piscine, des films, ou des gouttelettes sont présentes sur les plates-formes d&#39;isolation. </li><li> Avant d&#39;appliquer le pouvoir de l&#39;expérience confirment qu&#39;il n&#39;y a pas de court-circuit et qu&#39;il n&#39;y a pas de raison pASD présente ce qui peut entraîner le personnel ou les équipements entrant en contact avec des surfaces sous tension. Assurez-vous de suivre toutes les procédures et d&#39;observer les avertissements émis par le fabricant de l&#39;alimentation haute tension. En cas de doute demander conseil à un personnel de sécurité qualifié. </li><li> Réglage de la polarité de la tension d&#39;alimentation (si sélectionnable) avant l&#39;application de la puissance. En règle générale, utiliser la polarité de tension positive car cela donne des ponts plus stables. REMARQUE: polarité négative peut aussi être utilisé, mais a tendance à produire des effets de charge d&#39;espace prononcés qui peuvent affecter significativement les propriétés physiques à la fois du liquide diélectrique 48 et affecte la densité de charge dans la région expérimentale en raison de la différence fonctionnelle à couler plutôt que l&#39;approvisionnement en électrons sous les hauts potentiels comme excès de charge peut être pulvérisé sur isolants entourant les structures de soutien. </li><li> Ouvrir la limite de courant du bloc d&#39;alimentation de manière à fournir pas plus de 6.5 mA de courant. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Choisissez l&#39;un des deux profils de tension qui peuvent être appliquées - rampe ou pas. <ol><li> Utilisation d&#39;une rampe de tension lors de la première de départ et les caractéristiques de performance du liquide ne sont pas encore connus. <ol><li> Baissez la limite de tension de l&#39;alimentation pour fournir 0 kV. </li><li> Permettre la sortie du bloc d&#39;alimentation et commencer à augmenter lentement la limite de tension à une vitesse de l&#39;ordre de 250 V / sec. </li><li> Respecter la tension à laquelle pont d&#39;inflammation, ce sont approximatives tension de seuil d&#39;allumage (V t). </li></ol></li><li> Utilisation d&#39;un échelon de tension pour appliquer rapidement la tension dans le système. <ol><li> Définir la limite de la tension d&#39;alimentation à la valeur désirée au-dessus du seuil d&#39;allumage qui a été déterminée à l&#39;aide d&#39;une rampe de tension pour le système liquide à l&#39;étude (voir 3.3.2.1.3). </li><li> Permettre la sortie du bloc d&#39;alimentation. REMARQUE: Une étape de tension peut entraîner un arc électrique et l&#39;éjection de gouttelettes et peut nécessiter plusieurs soicondes avant un pont fait stables. Un arc électrique produit de l&#39;ozone et le peroxyde entraînant une augmentation de la conductivité du liquide si on les laisse persister pendant plus de quelques secondes. Il est recommandé de remplacer le liquide avec du matériel frais si un arc est un problème. </li></ol></li></ol></li><li> Stabiliser le pont suivant allumage. <ol><li> Confirmez allumage pont en observant un flux régulier de liquide entre les deux navires. NOTE: Cela se produit généralement entre 8-10 kV et sera accompagné par conduction de courant entre 250-500 uA en fonction du liquide utilisé. </li><li> Réglez le pont pour l&#39;extension en augmentant la tension à 10-15 kV avec une consommation de courant ~ 1.000 uA. NOTE: la valeur réelle dépendra du liquide utilisé. </li><li> Étendre le pont à une distance d&#39;environ 1 mm par 1 kV tension appliquée, par exemple 15 mm pour 15 kV. Si nécessaire, réglez le pont en fonction en outre sur les besoins de l&#39;expérience. REMARQUE: Un pont stable can exister pendant de nombreuses heures. </li></ol></li></ol></li><li> Procédures d&#39;arrêt <ol><li> Eteindre le pont en désactivant la sortie de l&#39;alimentation à haute tension. Attendez quelques secondes pour que les condensateurs d&#39;alimentation à décharge et l&#39;affichage de la tension tombe à zéro. </li><li> Utilisez le &quot;mort-bâton&quot; construit dans la section 1.3 de court-circuiter les porte-électrodes avant de manipuler les pièces précédemment sous tension. </li></ol></li></ol> 4. Imaging <ol><li> Projection de Fringe <ol><li> Préparer une plaque de frange binaire en imprimant des bandes noires sur un film transparent et apposer ce à un écran opalescent diffuseur. Pour cet exemple, utilisez un format A4 (soit 297 mm x 210 mm) plaque de frange. </li><li> Placer la plaque de franges en face d&#39;un rétro-éclairage de sorte que les franges sont projetées sur l&#39;ensemble du montage expérimental. </li><li> Enregistrez soit des images fixes ou des films de la frange d&#39;interférence en utilisant n&#39;importe quel nombre de caméras numériques. </li><li> Suivi des modifications in la surface du liquide, ainsi que des changements dans la longueur du chemin optique du liquide de sous-tendant en analysant les images enregistrées dans 4.1.3. REMARQUE: L&#39;analyse quantitative des changements observés est réalisée via l&#39;évaluation de la frange à l&#39;aide de divers logiciels tels que le programme IDEA disponible gratuitement 49. Les détails et les considérations de l&#39;analyse des franges spécifiques sont couverts ailleurs 49-51. </li></ol></li><li> Imagerie thermographique <ol><li> Régler la gamme dynamique de la caméra thermographique selon les instructions du fabricant. REMARQUE: Généralement, un étalonnage en deux points qui englobe toute la gamme de température attendue est suffisante pour assurer une bonne résolution thermique. La plupart des ponts liquides fonctionnent dans la plage de température de 20-50 ° C. </li><li> Effectuer une correction de l&#39;émissivité et de calibrage de la température par l&#39;imagerie de la surface libre d&#39;un volume de liquide à l&#39;étude à des températures appropriées pour l&#39;expérience. <ol><li> Remplir un récipient identique àcelui utilisé dans le montage expérimental avec le liquide à l&#39;étude à température ambiante. </li><li> Mesurer la température du liquide en utilisant une thermosonde d&#39;immersion comme un thermocouple de type K. </li><li> Enregistrer une image du liquide dans l&#39;infrarouge. </li><li> Elever la température du liquide à température prévue dans le pont en utilisant une plaque chaude ou micro-ondes. NOTE: Il s&#39;agit généralement d&#39;au plus 10 ° C en dessous du point d&#39;ébullition du liquide (par exemple, 90 ° C pour l&#39;eau). </li><li> Répéter les étapes 4.2.2.2 et 4.2.2.3 pour le liquide à température élevée. </li></ol></li><li> Positionnez l&#39;appareil légèrement au-dessus d&#39;un pont horizontal et le niveau d&#39;un pont vertical de manière à maximiser la zone de surface nominal. REMARQUE: en raison de la forte absorption de moyen et long vague rayonnement infrarouge par la plupart des liquides polaires, que la distribution de la température de la surface sera visible. </li><li> infrarouge d&#39;enregistrement du système de pont à partir avant d&#39;activer les sorties sur le power approvisionnement et continue jusqu&#39;à ce que l&#39;expérience soit terminée ou que la mémoire tampon de l&#39;appareil photo est pleine. </li></ol></li></ol>

The authors Dr. M&#243;nica L&#243;pez S&#225;enz and Dr. Oliver Schreer are employees of IRCAM GmbH that produces instruments used in this Article. The remaining authors declare that they have no competing financial interests.

La formation réussie de ponts liquides EHD stables et robustes nécessite d&#39;attention soit accordée à certains détails simples mais importantes. Il est essentiel que la conductivité ionique de la solution soit aussi faible que possible (par exemple, de 1 à 5 S / cm). Soyez conscient que la contamination de l&#39;eau peut entraîner une augmentation de la conductivité pour certains liquides polaires (par exemple, glycérol). Laver tous les verrerie bien attention à rinçage soigneux, utilisez uniquement la verrerie exempt de contamination de surface ou arc induit des marques de brûlures. En général, il est recommandé de porter des gants lors de la manipulation d&#39;équipement pour éviter que les huiles de la peau et des sels de contaminer l&#39;expérience. Les électrodes doivent être exposés à des ultrasons pendant plusieurs minutes dans le solvant à l&#39;étude et il est recommandé que ceux-ci sont «gravée» en exécutant un pont non étendu pendant 30-45 min à fortes valeurs de courant (par exemple, 3-5 mA) pour réduire électrode secondaire réactions. Haute pureté (par exemple,&gt; 99,9%métaux nobles) le mieux comme matériaux d&#39;électrode et doivent avoir une surface suffisante de façon à maintenir de faibles densités de courant de l&#39;ordre de 10 A / m² afin de réduire l&#39;échauffement local. Dans le cas des ponts qui ont une mauvaise stabilité ou sont difficiles à démarrer Il est recommandé de confirmer première conductivité est ~ 1 S / cm et qu&#39;il n&#39;y a pas piscines étrangères de liquide qui peuvent permettre à une voie de courant alternatif. En général, il est recommandé que toutes les surfaces soient aussi sec que possible, accorder une attention particulière à couches minces qui peuvent former entre les navires et les plaques isolantes. Si un arc se produit la puissance d&#39;interruption et de réduire la valeur de la tension puis appliquez de nouveau pouvoir comme un arc soutenu entraînera la &quot;carbonisation&quot; des zones touchées qui peuvent nuire à la stabilité de pont ou de prévenir pont allumage tous ensemble. Si l&#39;alimentation est appliquée au système-dessus de la tension de seuil et aucune forme de pont d&#39;une tige de verre isolant peut être utilisé pour aspirer le liquide vers le haut vers epoints de e de contact (par exemple, les becs de bécher) entre les deux navires. Si le système continue à se comporter de façon instable nettoyer l&#39;équipement et recommencer avec un liquide frais. A défaut, il est recommandé de faire l&#39;inventaire de l&#39;environnement que les grands objets, des matériaux qui supportent la charge statique, ou forts courants d&#39;air peuvent perturber le pont et / ou le champ électrique qui la soutient métalliques. Le système expérimental est facilement modifié pour s&#39;adapter matériaux couramment disponibles dans la plupart des laboratoires. Contenants de liquides peuvent être de presque n&#39;importe quel matériau compatible et une attention particulière devrait être accordée à l&#39;inflammabilité du conteneur ou de la phase liquide en cas d&#39;arc électrique; par exemple Teflon va générer des gaz dangereux lorsqu&#39;il est brûlé. forme de l&#39;électrode, le placement, et le matériel peuvent également être modifiés pour répondre aux contraintes d&#39;un set-up donné. Typiquement électrodes planaires à base de feuille métallique sont utilisées, mais peuvent également être utilisés à condition que les instructions de densité de courant<html> sont pris en considération. Le champ électrique peut être appliqué pur courant continu, alternatif pur, DC ou AC polarisée. Tout se produire ponts liquides à l&#39;intérieur du tributaire gamme de réponse en fréquence pour les liquides décrits dans la littérature sur l&#39;électromouillage sur diélectrique (EWOD) et une diélectrophorèse (DEP) 9 qui définissent une plage de fréquences de réponse entre 20 Hz et jusqu&#39;à 20 kHz pour des tensions modérées. Plages de fréquences plus élevées peuvent également générer des ponts bien que ceux-ci n&#39;ont pas été explicitement testée et certains chercheurs ont rapporté la limite inférieure pour les ponts verticaux alternatifs à 50 Hz 42. Orientation de gravité est également facilement modifiée dans la mesure où un système peut être conçu pour fournir des surfaces liquides libres, qui sont stables sans champ électrique appliqué. Des expériences ont été menées en l&#39;absence de gravité 41, qui a montré que ces ponts ont une dépendance à l&#39;influence de la gravité de stabilisation qui maintient l&#39;équilibre délicat de forces dans un pont liquide. ent &quot;&gt; ponts liquides EHD sont un nouvel outil qui peut être ajouté au répertoire de nombreuses applications de sciences naturelles. Ils permettent l&#39;exploration de l&#39;interaction des forces de surface et de volume avec des champs électriques appliqués de l&#39;extérieur. Ils ouvrent la possibilité d&#39;examiner de nouveaux moyens de le mélange de différents liquides 37; changer la cinétique chimique 52; transport des protons 44,45, et l&#39;examen de la réponse des systèmes biologiques à ces conditions 53 En outre, ces ponts permettent d&#39;accéder directement à la surface du liquide sans structures sous-tendant physique qui a déjà donné des nouvelles. informations spectroscopiques sur la dynamique de l&#39;eau liquide 28 et fait allusion non seulement à l&#39;existence d&#39;un interrupteur commandé électriquement de l&#39;État dans lequel de nouvelles propriétés en vrac émergent 31, mais à la possibilité d&#39;examiner liquide-liquide transitions de phase 54 par une méthode entièrement nouvelle. L&#39;application industrielle généralisée des processus de JEP (par exemple, </em&gt;, électrofilature 26, et électrospray 32,33 méthodes) très certainement peuvent bénéficier d&#39;une étude plus approfondie de ces phénomènes étroitement alliés.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. &#8805; 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.&#160; Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

L&#39;interaction entre les champs électriques et les résultats de la substance liquide dans un certain nombre de forces évolution dans la masse de matériau. Dans les systèmes réels diélectriques liquides, les gradients de champ non négligeables et la brisure de symétrie géométries se traduisent par un certain nombre d&#39;effets apparemment particulières. Hertz a été l&#39;un des premiers à noter le mouvement de rotation en liquide-solide des systèmes diélectriques 1. Quincke observé que la tension interfaciale entre les deux fluides a été non seulement changé par l&#39;application d&#39;un champ électrique extérieur mais que cette modification a donné lieu à l&#39;exercice d&#39;une force sur le corps de fluide et peut être utilisé pour induire un mouvement de rotation 2. Armstrong a découvert le pont de l&#39;eau flottant en 1893 3, qui est resté un tour du parti énigmatique jusqu&#39;à récemment, lorsque Fuchs et ses collègues ont exploré masse et de charge mécanique de transport 4,5 et rouvert l&#39;enquête scientifique sérieuse sur les mécanismes par lesquels ces ponts font. Les champs électriques ont la Ability soulever les liquides contre la force de gravité en tant que travail de Pellat montée sur liquide diélectrique entre les électrodes à plaques parallèles 6 montre. Cette action de levage montre une dépendance en fréquence et en fin de compte peut être décrite par le tenseur des contraintes de Maxwell 7. Ceci est important lorsque l&#39;on considère la hausse du niveau de liquide associé à (JEP) ponts liquides électrohydrodynamiques qui dans des conditions AC ne montrent une dépendance en fréquence 8 semblable à électromouillage sur diélectrique (EWOD) et diélectrophorétique (DEP) du débit massique 9. En outre, l&#39;application de champs électriques à haut potentiel est important dans le contrôle de jet de liquide et rompre l&#39;interaction du champ électrique avec des liquides est essentiel pour comprendre le processus d&#39;atomisation industriellement important électrospray 10,11. Un champ électrique externe n&#39;influence pas seulement l&#39;énergie de surface. Grâce à l&#39;action de la polarisation et de la contrainte de cisaillement, la structure des flux peutêtre mis en place. Un exemple en est la circulation de liquides en présence de champs électriques inhomogènes. Par la présente courants electroconvective sont établis dans la masse liquide entraîné par les contraintes de cisaillement. Sumoto démontré qu&#39;un moteur à fluide peut être construit en utilisant un rotor en verre contenant un liquide non polaire ou une tige métallique immergé dans un bain diélectrique non polaire et placé dans un champ électrique non homogène 12. Une analyse ultérieure par Okano utilisé une approximation de champ homogène 13 pour résoudre le problème de rotation qui ne pouvait correspondre qualitativement les résultats expérimentaux et a exigé que les liquides diélectriques pour répondre comme une masse unique. D&#39;autres chercheurs sur le sujet ont manqué le point tout comme ils considérés à tort et ont exploré l&#39;effet Sumoto comme un niveau de liquide monte 14-16 en réponse aux travaux de champ électrique mis au point par Pellat 17. L&#39;importance de la symétrie de la surface de rupture pour le processus de localisation charge et généré stre de cisaillementss 18 est essentiel de saisir pour la recherche sur les ponts de JEP liquides. Le traité de Melcher sur continuum électromécanique 19 fournit une base théorique complète pour le traitement des liquides en vrac et simplifie surfaces libres dans la limite homogène isotrope. L&#39;importance des surfaces est néanmoins clair, même du point de vue de continuum comme la perte des résultats de la symétrie dans la contrainte de cisaillement qui peuvent générer transport en vrac. Pris dans le cas général de discrets volumes de fluide mobiles qui peuvent être polarisés et sont soumis à la force de réaction résultant lors de l&#39;approche de la surface, l&#39;interaction du champ électrique peut être remplacé dans les deux équations de Navier-Stokes et 20 de Bernoulli 7,21,22 relations pour décrire la multitude de phénomènes d&#39;écoulement EHD y compris les ponts liquides. Une étude plus approfondie des ponts liquides peut améliorer un certain nombre de technologies de base telles que JEP à jet d&#39;encre d&#39;impression 23-25, micro-et nano-traitement des matériaux 26-28, l&#39;administration de médicaments 29, 30, 31,32, les applications biomédicales et dessalement 33. Les procédés décrits ici permettent d&#39;accéder à la formation de ponts liquides JEP qui se trouvent dans des liquides polaires dont les molécules possèdent un moment dipolaire permanent. Les résultats du champ électrique inhomogène imposées à une polarisation partielle de la population de dipôle produisant un changement local de la permittivité diélectrique ainsi renforcer davantage gradients de champ 18,34,35. Cette polarisation donne lieu à une force de déplacement qui, en fonction de l&#39;intensité relative du champ appliqué va générer un certain nombre de réponses liquides (voir les figures 4-7), qui résulte en la formation d&#39;un pont. Le liquide sera également développer un écoulement de Taylor 22,36 le long des surfaces d&#39;électrodes en particulier dans les cas où il existe une arête vive présente sur les électrodes. La possibilité d&#39;injection de charges à bords tranchants existe également et est compatible avec l&#39;formation de couches d&#39;heterocharge qui génèrent des courants electroconvective dans la masse liquide 22 reliant ainsi le système de pont liquide avec l&#39;effet Sumoto 12. Les relations de JEP régissant pour les ponts sont largement couverts par ailleurs pour l&#39;eau et d&#39;autres liquides polaires 22,36-38. Ces approches théoriques souffrent certaines restrictions qui doivent être considérés lorsque vous approchez des données expérimentales. Le Maxwell contrainte traitement tenseur 36 est insensible aux hétérogénéités de champ ainsi que les non-uniformités dans le pont liquide. Une approche EHD pur 37 fournit des définitions de l&#39;état d&#39;équilibre du nombre electrogravitational et sa relation avec le rapport d&#39;aspect de pont; Toutefois, la dynamique des écoulements et phénomènes transitoires importants (par exemple, la création de pont) ne sont pas prévisibles. Trois nombres sans dimension sont utiles lors de l&#39;analyse de la stabilité du pont et sont dérivées ici comme précédemment publié par Marín et Lohse 37 </sjusqu&#39;à&gt;. Le nombre électrocapillaire (Ca E) est défini comme le rapport entre les forces capillaires et électriques: <img alt="L&#39;équation 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200" /> où ε 0 est la permittivité du vide, ε r la permittivité diélectrique relative du liquide, E t est le champ électrique à travers le pont, γ est la tension de surface, d s et d l sont les projections verticales et horizontales du diamètre, de sorte que pour obtenir le diamètre moyen D m. Le nombre de Bond (Bo) décrit l&#39;équilibre entre les forces de gravité et capillaires: <img alt="Equation 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150" /> où g est l&#39;accélération de la pesanteur, l est la longueur du pont libre, et V est le volume de pont. La relation entregravitationnelle, capillaire, et les forces électriques peuvent être exprimés en termes de nombre electrogravitational G E: <img alt="Équation 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200" /> L&#39;extensibilité maximale d&#39;un pont est liée à la tension appliquée alors que le courant traversant le pont est lié à l&#39;aire de section transversale et par conséquent le diamètre. Ces relations sont couplés, déterminer le volume de pont, et ainsi définir la région de stabilité pour un pont de liquide de fonctionnement donné. Les courbes caractéristiques pour un pont d&#39;eau sont donnés dans la Figure 3 qui représente un seuil inférieur en dessous de laquelle le champ appliqué est trop faible pour vaincre les forces de tension de surface et une limite supérieure au-dessus de laquelle la masse du pont est trop important entraînant une fuite qui en outre perturbe le domaine et les résultats de rupture de pont. Le traitement plus généralment des ponts liquides dans des solvants polaires 19,22 fournit les conditions de fonctionnement de pression combinés avec le pont de prédire les forces qui régissent la dynamique d&#39;écoulement dans le contexte d&#39;une équation de Bernoulli modifiée avec le plan de déplacement électriques ajoutées à la durée de la pression. En outre, la relation Onsager pour la stabilité des ions 24 est constituée en accord avec les observations expérimentales sur l&#39;équilibre et le sens de pompage émission thermique. Un certain nombre de liquides polaires ont été étudiés, y compris l&#39;eau, les alcools aliphatiques inférieurs (par exemple, le methanol), des poly-alcools (par exemple, le glycerol), le diméthylsulfoxyde (DMSO) et d&#39;autres composés organiques polaires (par exemple diméthylformamide). Des liquides diélectriques non polaires (par exemple, l&#39;hexane) ne présentent pas de formation pont. Les liquides diélectriques capables de supporter les ponts jusqu&#39;à présent étudiés 8,22,37 mensonge dans un groupe bien défini de paramètres physiques qui établissent un bon point de départ for une expérimentation plus poussée: faible conductivité (σ &lt;5 S / cm), la permittivité relative statique modérée (ε = 20-80), modérée à haute tension superficielle (γ = 21-72 mN / m). Il est intéressant d&#39;une large gamme de viscosités η = (0,3 à 987 mPa · s) en oeuvre de tels ponts. Dans les liquides avec viscosité suffisamment élevée tels que la glycérine, il est possible de tirer un pont directement à partir du vrac liquide (voir Figure 5) et est un lien important entre les forces diélectrophorétiques et ponts liquides. Des solutions ioniques (par exemple, du NaCl (aq)) sont très perturbatrice pour combler la formation et dans des études précédentes ont été 40 démontré que l&#39;augmentation de la température du pont, de diminuer le rapport de longueur à la tension appliquée, et à réduire l&#39;extensibilité. Ce comportement est en grande partie attribuable à l&#39;effet des frais de blindage d&#39;ions dissous ainsi que l&#39;augmentation conduction qui réduit le couplage entre les éléments de volume de fluide et le champ électrique. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Sur les phénomènes de JEP au niveau du continuum se pose tout simplement parce que les conditions de pression nécessaires qui accompagnent électrostriction ne se trouvent à l&#39;interface liquide 21. En outre, il existe une relation entre la stabilité de ponts liquides EHD et la stabilité des interfaces du système. Dans le cas des expériences de microgravité 41 les résultats expansion de surface dans une force qui déchire le pont de l&#39;autre. De même, si la surface est trop limitée ou la zone de contact sous-tendant petit pont se développeront probablement des instabilités. Ceci peut être illustré dans les ponts qui sont alimentés par des tubes ou dans le cas des ponts verticaux dans lesquels une électrode est tiré vers le haut à partir de la surface - les ponts résultants sont moins stables dans le fonctionnement à long terme car ils n&#39;ont pas la dynamique d&#39;écoulement typiques trouvés dans la situation où deux réservoirs ont une grande surface libre. Ponts dont les liens avec le réservoir de liquide sont confinés à l&#39;intérieur des tubes spectacle iaccumulation thermique et ncreased chute de tension superficielle. Il est caractéristique que d&#39;une interface d&#39;air former spontanément à l&#39;intérieur de la tubulure. Cette condition limite à la fois l&#39;extensibilité maximale ainsi que la durée de vie moyenne du pont pour les ponts liquides confinés. Ouvrir ponts d&#39;eau de surface peuvent être étendus à 35 mm de longueur à 35 kV alors qu&#39;aucun pont persistera à une telle tension d&#39;accélération en isolement comme le liquide transitions de préférence dans un mode électrospray. De même, les ponts d&#39;eau de surface libre ont des durées de vie de stabilité approchant 10 h dans des conditions contrôlées, alors que dans les systèmes de tube alimenté la durée de vie est généralement inférieure à 2 heures. phénomènes de JEP sont généralement considérés comme seulement au niveau de continuum. Un nombre limité d&#39;études sur la base moléculaire des ponts liquides ont été menées. Une étude Raman 42 l&#39;aide de ponts ca verticales étudié la bande OH-étirement inter-moléculaire par rapport à l&#39;eau en vrac. Certains changements dans la scprofils attering après l&#39;application du champ électrique se révèlent avoir une origine structurelle. En utilisant la spectroscopie de la sonde de la pompe à mi-infrarouge ultrarapide sur un pont flottant d&#39;eau 43 la durée de vie de vibration de l&#39;étirement vibration OH des molécules HDO contenue dans un HDO: D 2 O pont de l&#39;eau s&#39;est avérée être la plus courte (630 ± 50 fs) que pour les molécules HDO HDO en vrac: D 2 O (740 ± 40 fs), alors que par contre, la dynamique de thermalisation qui suivent la relaxation de vibration sont beaucoup plus lentes (1500 ± 400 fs) de HDO en vrac: D 2 O (250 ± 90 fs). Ces différences dans la dynamique de relaxation de l&#39;énergie indiquent fortement que le pont de l&#39;eau et de l&#39;eau en vrac diffèrent à l&#39;échelle moléculaire. En outre, la recherche sur l&#39;émission infrarouge d&#39;un pont flottant d&#39;eau a révélé une caractéristique non thermique qui pourrait être due à une transition d&#39;un état ​​excité à l&#39;état d&#39;un proton bande de conduction 44 du sol. Une autre étude plus récente reporte Ramand que l&#39;eau en continu un pont, il ya une distribution radiale dans le spectre qui est indicatif de la différence relative de pH local entre le noyau et l&#39;enveloppe extérieure du pont 45. La distribution radiale des caractéristiques physiques à l&#39;intérieur des ponts liquides EHD est en outre étayée par UV inélastique des expériences de diffusion 46 qui donne les distributions radiales contradictoires dans les profils de température et de densité et peut s&#39;expliquer soit par un gradient en degrés moléculaires de liberté ou de la présence d&#39;une phase secondaire sous forme de bulles nano. Le concept ultérieure n&#39;est pas pris en charge par un petit angle X-ray étude de diffusion 47 alors que le concept de rotation encombrée (c.-à-librations) est pris en charge à partir des spectres d&#39;émission infrarouge 44. Le sens d&#39;écoulement préférentiel dans les ponts liquides JEP résulte des variations de la cinétique auto-dissociation. En accord avec le travail de Onsager cette constatation est prometteuse pour relier les phénomènes au niveau moléculaire et continus &lt;sup&gt; 22. Une preuve supplémentaire de la base moléculaire de EHD phénomènes se trouve dans l&#39;observation que l&#39;émission thermique de la gouttelette diminue localement diélectrique en réponse à l&#39;augmentation du champ électrique et atteint un minimum juste avant le déclenchement d&#39;un pont (voir figure 7). ponts liquides JEP présentent une occasion d&#39;examiner l&#39;interaction entre les forces à des échelles de longueur multiples et c&#39;est le but spécifique de ce travail de fournir une méthode normalisée pour la production de ces types de ponts dans un certain nombre de liquides avec une orientation par rapport à la gravité qui prend en charge la émergence de l&#39;ensemble des phénomènes caractéristiques discuté précédemment.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1104">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:449px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:135px;">Company</td>
			<td style="width:136px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:385px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:449px;">Borosilicate Crystallization Dishes</td>
			<td style="width:135px;">VWR</td>
			<td>216-0064</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="35">
			<td height="35" style="height:35px;width:449px;">Double walled roundbottom flask with GL14 and GL8 openings along with 6mm spherical joint port</td>
			<td style="width:135px;">LGS</td>
			<td>SP757102a</td>
			<td style="width:385px;">Custom glassware with minimum two openings one for electrode, one for bridge spout.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:449px;">Adjustable Platforms</td>
			<td style="width:135px;">Rudolf Grauer AG</td>
			<td>Swiss Boy 115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Motion Translation Stage</td>
			<td style="width:135px;">Thorlabs</td>
			<td>MTS25/M-Z8E</td>
			<td style="width:385px;">Complete motorized stage, controller, and power supply</td>
		</tr>
		<tr height="35">
			<td height="35" style="height:35px;width:449px;">Insulating Plates</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td></td>
			<td style="width:385px;">Should be appropriate for resisting the intended voltages without breakdown</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:449px;">Pt Electrodes</td>
			<td style="width:135px;">Alfa-Aesar</td>
			<td>000261</td>
			<td style="width:385px;">Wash and then sonicate in 18.2 MOhm water prior to use</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">HVPS</td>
			<td style="width:135px;">FUG GmbH</td>
			<td>HCP 350-65000</td>
			<td style="width:385px;">65 kVDC @ 5mA maximum output</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Fiber Optic Temperature Probe System</td>
			<td style="width:135px;">OpSens</td>
			<td>OTG-F Sensor/ XXX-XXX Control Unit</td>
			<td style="width:385px;">Readout speed 1 kHz, accuracy 0.01K, probe size 120 um</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Long Wave Infrared Camera</td>
			<td style="width:135px;">IRCAM GmBH</td>
			<td>Taurus 110K L</td>
			<td style="width:385px;">168 FPS 384x288 Sensitivity &#60;30mK</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Long Wave Infrared Camera</td>
			<td style="width:135px;">FLIR</td>
			<td>FLIR 620</td>
			<td style="width:385px;">30 FPS 640x480 pixel Sensitivity to &#60;45mK</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:449px;">Dual Band Mid- and Long-Wave Infrared Camera</td>
			<td style="width:135px;">IRCAM GmBH</td>
			<td>Geminis 110k ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Digital Camera</td>
			<td style="width:135px;">Canon</td>
			<td>550D</td>
			<td style="width:385px;">Used for both video and still frames</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:449px;">Tripod</td>
			<td style="width:135px;">Manfrotto</td>
			<td>475B/405</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="35">
			<td height="35" style="height:35px;width:449px;">18.2 MOhm Water</td>
			<td style="width:135px;">Milli-Q</td>
			<td>Advantage</td>
			<td style="width:385px;">Allow 24 hours to equilibrate after dispensing into clear borosilicate bottles</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Methanol dehydrated with less than 0,0050% water AnalaR NORMAPUR</td>
			<td style="width:135px;">VWR-BDH</td>
			<td>20856.296</td>
			<td style="width:385px;">Keep dry until needed;</td>
		</tr>
		<tr height="35">
			<td height="35" style="height:35px;width:449px;">Glycerol anhydrous for synthesis</td>
			<td style="width:135px;">VWR - Merck Millipore</td>
			<td>8.18709.1000</td>
			<td style="width:385px;">Keep dry until needed</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:449px;">Dimethylsulfoxide, ACS Grade</td>
			<td style="width:135px;">VWR-BDH</td>
			<td>BDH1115-1LP</td>
			<td style="width:385px;">Keep dry until needed</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the preparation of electrohydrodynamic bridges from polar dielectric liquids

Ponts horizontaux et verticaux liquide sont des outils simples et puissants pour explorer l&#39;interaction des champs électriques à haute intensité (8-20 kV / cm) et des liquides diélectriques polaires. Ces ponts sont uniques de ponts capillaires en ce qu &#39;ils présentent une extensibilité au-delà de quelques millimètres, que les modes de transfert de masse complexes bi-directionnels, et de non-Planck émettre un rayonnement infrarouge. Un certain nombre de solvants courants peut former ces ponts ainsi que des solutions de faible conductivité et de suspensions colloïdales. Le comportement macroscopique est régie par électrohydrodynamique et fournit un moyen pour l&#39;étude des phénomènes d&#39;écoulement de fluide hors de la présence des parois rigides. Avant le début d&#39;un pont de plusieurs phénomènes importants de liquide peut être observée consistant à faire avancer la hauteur du ménisque (d&#39;électromouillage), la circulation de fluide en vrac (effet Sumoto), et l&#39;éjection de gouttelettes chargées (électrospray) de. L&#39;interaction entre la surface, la polarisation, et les forces de déplacement peut être directement examinés parvarier la tension appliquée et la longueur du pont. Le champ électrique, assisté par gravité, stabilise le pont liquide contre les instabilités de Rayleigh-Plateau. Construction d&#39;un appareil de base à la fois pour l&#39;orientation verticale et horizontale ainsi que des exemples d&#39;exploitation, y compris les images thermographiques, pour trois liquides (par exemple, l&#39;eau, le DMSO et le glycérol) est présenté.

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The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Ponts horizontaux et verticaux liquides électrohydrodynamiques sont des outils simples et puissants pour explorer l&#39;interaction de haute intensité des champs électriques et diélectriques liquides polaires. La construction de l&#39;appareil de base et des exemples opérationnels, y compris les images thermographiques, pour trois liquides (par exemple, l&#39;eau, le DMSO et le glycérol) est présenté.

La préparation de ElectroHydroDynamique Ponts de polaires liquides diélectriques

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

26.0K vues.  Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology.  Ponts horizontaux et verticaux liquides électrohydrodynamiques sont des outils simples et puissants pour explorer l'interaction de haute intensité des champs électriques et diélectriques liquides polaires. La construction de l'appareil de base et des exemples opérationnels, y compris les images thermographiques, pour trois liquides (par exemple, l'eau, le DMSO et le glycérol) est présenté. 

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Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted significant interests across the research fields of materials science, physics, chemistry and biology. The key enabling technology is a liquid cell. We fabricate liquid cells with thin viewing windows through a sequential microfabrication process, including silicon nitride membrane deposition, photolithographic patterning, wafer etching, cell bonding, etc. A liquid cell with the dimensions of a regular TEM grid can fit in any standard TEM sample holder. About 100 nanoliters reaction solution is loaded into the reservoirs and about 30 picoliters liquid is drawn into the viewing windows by capillary force. Subsequently, the cell is sealed and loaded into a microscope for in situ imaging. Inside the TEM, the electron beam goes through the thin liquid layer sandwiched between two silicon nitride membranes. Dynamic processes of nanoparticles in liquids, such as nucleation and growth of nanocrystals, diffusion and assembly of nanoparticles, etc., have been imaged in real time with sub-nanometer resolution. We have also applied this method to other research areas, e.g., imaging proteins in water. Liquid cell TEM is poised to play a major role in revealing dynamic processes of materials in their working environments. It may also bring high impact in the study of biological processes in their native environment.

We have developed a self-contained liquid cell, which allows imaging through liquids using a transmission electron microscope. Dynamic processes of nanoparticles in liquids can be revealed in real time with sub-nanometer resolution.

Révéler processus dynamiques des matériaux dans les liquides en utilisant un liquide Transmission Electron Microscopy cellulaire

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Recherche

Ingénierie

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and functionalized to render their top surfaces hydrophilic. The combination of a physical feature (the pillar) with a chemical boundary (the hydrophilic film on the top of the pillar) provides both a physical and chemical heterogeneity that pins the triple contact line, a necessary feature to create stable long but narrow capillary bridges. The substrates with the pillars are attached to glass slides and secured into custom holders. The holders are then mounted onto four axis microstages and positioned such that the pillars are parallel and facing each other. The capillary bridges are formed by introducing a fluid in the gap between the two substrates once the separation between the facing pillars has been reduced to a few hundred micrometers. The custom microstage is then employed to vary the height of the capillary bridge. A CCD camera is positioned to image either the length or the width of the capillary bridge to characterize the morphology of the fluid interface. Pillars with widths down to 250 &#181;m and lengths up to 70 mm were fabricated with this method, leading to capillary bridges with aspect ratios (length/width) of over 1001.

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. The creation of capillary bridges relies on the formation of pillars to provide a directional physical and chemical heterogeneity to pin the fluid. Capillary bridges are formed and manipulated using microstages and visualized using a CCD camera.

Fabrication et visualisation de ponts capillaires en géométrie des pores fendus

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). In this article we will describe the methods for constructing and characterizing macroscopic disordered photonic structures using microwaves. The microwave regime offers the most convenient experimental sample size to build and test PBG media. Easily manipulated dielectric lattice components extend flexibility in building various 2D structures on top of pre-printed plastic templates. Once built, the structures could be quickly modified with point and line defects to make freeform waveguides and filters. Testing is done using a widely available Vector Network Analyzer and pairs of microwave horn antennas. Due to the scale invariance property of electromagnetic fields, the results we obtained in the microwave region can be directly applied to infrared and optical regions. Our approach is simple but delivers exciting new insight into the nature of light and disordered matter interaction.

Our representative results include the first experimental demonstration of the existence of a complete and isotropic PBG in a two-dimensional (2D) hyperuniform disordered dielectric structure. Additionally we demonstrate experimentally the ability of this novel photonic structure to guide electromagnetic waves (EM) through freeform waveguides of arbitrary shape.

Disordered structures offer new mechanisms for forming photonic bandgaps and unprecedented freedom in functional-defect designs. To circumvent the computational challenges of disordered systems, we construct modular macroscopic samples of the new class of PBG materials and use microwaves to characterize their scale-invariant photonic properties, in an easy and inexpensive manner.

Utilisation de micro-ondes et d&#39;échantillons macroscopiques des diélectriques solides pour étudier les propriétés photoniques désordonnés de bande interdite photonique Matériaux

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. The aggressive scaling of feature sizes, both on devices and interconnects, leads to serious challenges to ensure the required product reliability. Standard reliability tests and post-mortem failure analysis provide only limited information about the physics of failure mechanisms and degradation kinetics. Therefore it is necessary to develop new experimental approaches and procedures to study the TDDB failure mechanisms and degradation kinetics in particular. In this paper, an in situ experimental methodology in the transmission electron microscope (TEM) is demonstrated to investigate the TDDB degradation and failure mechanisms in Cu/ULK interconnect stacks. High quality imaging and chemical analysis are used to study the kinetic process. The in situ electrical test is integrated into the TEM to provide an elevated electrical field to the dielectrics. Electron tomography is utilized to characterize the directed Cu diffusion in the insulating dielectrics. This experimental procedure opens a possibility to study the failure mechanism in interconnect stacks of microelectronic products, and it could also be extended to other structures in active devices.

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. This paper demonstrates the procedure of an in situ TDDB experiment in the transmission electron microscope, which opens a possibility to study the failure mechanism in microelectronic products.

En rupture diélectrique Situ en fonction du temps dans le microscope électronique à transmission: une possibilité de comprendre le mécanisme de panne des dispositifs microélectroniques

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt interfaces required for high-quality high-electron-mobility transistors (HEMTs). A procedure is presented for the growth of N-polar InAlN HEMTs, including wafer preparation and growth of buffer layers, the InAlN barrier layer, AlN and GaN interlayers and the GaN channel. Critical issues at each step of the process are identified, such as avoiding Ga accumulation in the GaN buffer, the role of temperature on InAlN compositional homogeneity, and the use of Ga flux during the AlN interlayer and the interrupt prior to GaN channel growth. Compositionally homogeneous N-polar InAlN thin films are demonstrated with surface root-mean-squared roughness as low as 0.19 nm and InAlN-based HEMT structures are reported having mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec for devices with a sheet charge density of 1.7 x 1013 cm-2.

Molecular beam epitaxy is used to grow N-polar InAlN-barrier high-electron-mobility transistors (HEMTs). Control of the wafer preparation, layer growth conditions and epitaxial structure results in smooth, compositionally homogeneous InAlN layers and HEMTs with mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec.

assisté par plasma épitaxie par faisceau moléculaire de N-polaire InAlN-barrière Transistors à haute mobilité d&#39;électrons

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Piège optique Chargement de Dielectric Microparticules Dans Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Dielectric RheoSANS &amp;#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

RheoSANS - Interrogation simultanée Dielectric d&#39;impédance, Rhéologie et petit angle de diffusion neutronique des fluides complexes

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a standard fluid dynamic diagnostic, particle image velocimetry (PIV), to measure: i) velocities of individual particles (grains), extant on short, grain-collision time-scales, ii) velocities of systems of particles, on both short collision-time- and long, continuum-flow-time-scales, iii) collective hydrodynamic modes known to exist in dense molecular fluids, and iv) short- and long-time-scale velocity autocorrelation functions, central to understanding particle-scale dynamics in strongly interacting, dense fluid systems. The basic system is composed of an imaging system, light source, vibrational sensors, vibrational system with a known media, and PIV and analysis software. Required experimental measurements and an outline of the theoretical tools needed when using the analog technique to study molecular-scale hydrodynamic processes are highlighted. The proposed technique provides a relatively straightforward alternative to photonic and neutron beam scattering methods traditionally used in molecular hydrodynamic studies.

An experimentally accessible analog method for studying molecular hydrodynamic processes in dense fluids is presented. The technique uses particle image velocimetry of vibrated, high-restitution grain piles and allows direct, macroscopic observation of dynamical processes known and predicted to exist in strongly interacting, high density gases and liquids.

Une Technique analogue macroscopique pour l’étude des processus hydrodynamiques moléculaires dans les liquides et les gaz denses

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

Génération et contrôle d’électrohydrodynamique coule dans les Solutions d’électrolytes aqueux

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