En metode til at manipulere overfladespænding en Liquid Metal via Surface oxidation og reduktion

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Styring grænsefladespænding er en effektiv metode til at manipulere form, placering, og strømmen af ​​fluider ved sub-millimeter længdeskalaer, hvor grænsefladespænding er en dominerende faktor. En række fremgangsmåder findes til styring af grænsefladespændingen af ​​vandige og organiske væsker på denne skala; Imidlertid har disse teknikker begrænset anvendelighed til flydende metaller på grund af deres store grænsefladespænding.

Flydende metaller kan danne bløde, strækbare, og form-rekonfigurerbare komponenter i elektroniske og elektromagnetiske enheder. Selv om det er muligt at manipulere disse væsker via mekaniske metoder (f.eks pumpning), elektriske metoder er nemmere at miniaturisere, kontrol og implementere. Men de fleste elektriske teknikker har deres egne begrænsninger: electrowetting-on-dielektriske kræver store (kV) potentialer for beskeden aktivering, kan electrocapillarity påvirke relativt små ændringer i grænsefladespænding, og løbende electrowetting er begrænset til propper af det flydende metal i kapillærer.

Her præsenteres en metode til at aktivere gallium og gallium-baserede flydende metallegeringer via en elektrokemisk overflade reaktion. Styring af elektrokemiske potentiale på overfladen af ​​det flydende metal i elektrolyt hurtigt og reversibelt ændrer grænsefladespændingen af ​​over to størrelsesordener (̴500 mN / m til næsten nul). Desuden kræver denne fremgangsmåde kun en meget lille potentiale (<1 V) anvendt i forhold til en modelektrode. Den resulterende ændring i spænding skyldes primært, at den elektrokemiske afsætning af et overfladeoxidlag, der fungerer som et overfladeaktivt middel; fjernelse af oxid forøger grænsefladespænding, og vice versa. Denne teknik kan anvendes i en bred vifte af elektrolytter og er uafhængig af substrat, hvorpå den hviler.

This method provides a simple way to control the surface tension of liquid metals containing gallium. The method uses modest voltages (~1 V) applied directly to the liquid metal (relative to a counter electrode in the presence of electrolyte) to achieve enormous and reversible changes to the surface tension of the metal¹.

Surface tension is a dominant force for liquids at small length scales and is important for a number of capillary phenomena including wetting, spreading, and surface-tension driven flow. Consequently, the ability to control surface tension is a sensible way to manipulate the shape, position, and flow of liquids....

1. Manipulation af grænsefladespændingen af ​​smelten i Elektrolyt

1. Oxidation
   1. Hæld en vandig elektrolyt (surt eller basisk) i en petriskål. For at sikre, at oxid er helt fjernet, anvende en syre eller base med en koncentration større end 0,1 M ²⁴ (f.eks 1M NaOH eller 1 M HCI). Brug en mængde, der vil fylde skålen til en dybde på ca. 1-3 mm. Undgå kontakt med huden med disse løsninger.
   2. Brug en sprøjte til at placere en dråbe (optimalt mellem 10-500 pi) af e.......

Figur 1 A viser et eksempel på simpel to-elektrode teknik til oxidation og reduktion. I dette tilfælde, at en 70 pi dråbe af flydende metal anbragt i en 1 M NaOH-opløsning i kontakt med en kobbertråd etablere en elektrisk forbindelse. 1 M NaOH fjerner overfladen oxid fra metallet og tillader, at metallet perle op på grund af sin grænsefladespændingen. Påføring af en 2,5 V potentialet mellem dråbe og en platin mesh modelek.......

Denne metode kontrollerer overfladespænding gallium-baserede flydende metaller med små spændinger til at drive deposition og fjernelse af en overflade oxid. Skønt fremgangsmåden fungerer kun i elektrolytopløsninger, den er enkel, og arbejder i en lang række forskellige betingelser, men der er finesser værd at bemærke. I mangel af elektrisk potentiale, både sure og basiske opløsninger etch væk oxid ^27. Anvendelsen af ​​et oxidativt potentiale driver dannelsen af ​​overfladen oxid i al.......

The authors acknowledge support from Samsung, the NC State Chancellors Innovation Funds, NSF (CAREER CMMI-0954321 and Triangle MRSEC DMR-1121107), and Air Force Research Labs.