Een methode om oppervlaktespanning van een Liquid Metal Manipuleer via oxidatie en reductie

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.

Controlling grensvlakspanning is een effectieve methode voor het manipuleren van de vorm, positie en vloeistofstroom op sub-millimeter lengteschalen, waarbij grensvlakspanning is een dominante kracht. Verschillende werkwijzen bestaan ​​voor de grensvlakspanning van waterige en organische vloeistoffen op deze schaal; Maar deze technieken nut voor vloeibare metalen beperkt vanwege hun grote grensvlakspanning.

Vloeibare metalen kunnen zacht, rekbaar, en de vorm-herconfigureerbare componenten in elektronische en elektromagnetische apparaten vormen. Hoewel het mogelijk is deze vloeistoffen via mechanische methoden (bijvoorbeeld pompen) te manipuleren, elektrische werkwijzen gemakkelijker te miniaturiseren, controle en implementeren. Echter, de meeste elektrische technieken hebben hun beperkingen: electrowetting-on-diëlektrische vereist grote (kV) potentieel voor bescheiden bediening, electrocapillarity kunnen beïnvloeden relatief kleine veranderingen in de grensvlakspanning en continue electrowetting beperkt tot pluggen van het vloeibare metaal in capillairen.

Hier presenteren we een werkwijze voor het bedienen van gallium en gallium gebaseerde vloeibare metaallegeringen via een elektrochemische reactie oppervlak. Beheersing van de elektrochemische potentiaal van het oppervlak van het vloeibare metaal in elektrolyt snel en wederzijds verandert de grensvlakspanning meer dan twee orden van grootte (̴500 mN / m tot bijna nul). Bovendien vereist deze werkwijze slechts een zeer geringe potentiaal (<1 V) aangebracht ten opzichte van een tegenelektrode. De resulterende verandering in spanning vooral door de elektrochemische afzetting van een oppervlak oxidelaag, die fungeert als een oppervlakteactieve stof; verwijderen van de oxide verhoogt de grensvlakspanning en vice versa. Deze techniek kan worden toegepast in een breed scala van elektrolyten en onafhankelijk is van het substraat waarop het rust.

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. Manipulatie van de grensvlakspanning van Liquid Metal in Elektrolyt

1. Oxydatie
   1. Giet een waterig elektrolyt (zuur of basisch) in een petrischaal. Om het oxide volledig verwijderd, gebruikt een zuur of base met een hogere concentratie dan 0,1 M ²⁴ (bijvoorbeeld 1 M NaOH of 1 M HCl). Gebruik een volume dat de schotel zal vullen tot een diepte van ongeveer 1-3 mm. Vermijd contact van de huid met deze oplossingen.
   2. Gebruik een spuit een druppel (optimaal tussen 10-500 pl) van.......

Figuur 1 A toont een voorbeeld van de eenvoudige twee-elektroden techniek voor oxidatie en reductie. In dat geval is een 70 ul druppel van het vloeibare metaal in een 1 M NaOH-oplossing in contact een koperdraad om een ​​elektrische verbinding. De 1 M NaOH verwijdert het oppervlak oxide van het metaal en kan de metalen in pareltjes vanwege de grensvlakspanning. Het toepassen van een 2,5 V potentiaal tussen de druppel en een plat.......

Deze werkwijze regelt de oppervlaktespanning van gallium gebaseerde vloeibare metalen met behulp van kleine spanningen aan de afzetting en het verwijderen van een oppervlak oxide drijven. Hoewel de methode alleen werkt in elektrolytoplossingen, is het eenvoudig, en werkt in een groot aantal verschillende omstandigheden, maar er zijn subtiele vermeldenswaard. Aangezien elektrische potentiaal, zowel zure en basische oplossingen etsen weg het oxyde ^27. De toepassing van een oxidatieve potentieel drijft de .......

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.