שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

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.

שליטה מתח interfacial היא שיטה יעילה לטיפול בצורה, מיקום, והזרימה של נוזלים בסולמות אורך תת מילימטר, שבו מתח interfacial הוא כוח דומיננטי. מגוון שיטות קיימות לשליטה במתח interfacial של נוזלים מימיים ואורגניים בקנה מידה זה; עם זאת, טכניקות אלה כלי למתכות נוזליים מוגבלות בשל מתח interfacial הגדול שלהם.

מתכות נוזליים יכולות ליצור רכיבים רכים, מתיחה, וצורה-reconfigurable במכשירים אלקטרוניים ואלקטרו-מגנטיים. למרות שניתן לתפעל נוזלים אלה באמצעות שיטות מכאניות (למשל, שאיבה), שיטות חשמליות קלות יותר למזער, שליטה, וליישם. עם זאת, רוב טכניקות חשמל האילוצים שלהם: הרטבה חשמלית-על-דיאלקטרי דורשת פוטנציאלים גדולים (ק) להפעלה ללא צנועה, electrocapillarity יכול להשפיע על שינויים קטנים יחסית במתח interfacial, וele הרציףctrowetting מוגבל לתקעים של המתכת הנוזלית בנימים.

כאן, אנו מציגים שיטה לactuating גליום וסגסוגות מתכת נוזלית מבוסס גליום באמצעות תגובת משטח אלקטרוכימיים. שליטה הפוטנציאל אלקטרוכימי על פני השטח של המתכת הנוזלית באלקטרוליט במהירות והפיך משנה את מתח interfacial על ידי יותר משני סדרי הגודל (̴500 MN / מ 'כמעט לאפס). יתר על כן, שיטה זו דורשת רק פוטנציאל מאוד צנוע (<1 V) מיושם ביחס לאלקטרודה דלפק. השינוי וכתוצאה מכך המתח נובע בעיקר מהתצהיר אלקטרוכימיים של שכבת תחמוצת פני השטח, הפועל כחומרים פעילי שטח; הסרת תחמוצת מגבירה את מתח interfacial, ולהיפך. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת במגוון רחב של אלקטרוליטים ואינו תלוי במצע שעליו הוא מונח.

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. מניפולציה של המתח interfacial של מתכת נוזלית באלקטרוליט

1. חִמצוּן
   1. יוצקים אלקטרוליט המימי (חומצי או הבסיסי) לתוך צלחת פטרי. כדי להבטיח שהתחמוצת נמחקה לחלוטין, להשתמש חומצה או.......

איור 1 מציג דוגמא של טכניקת שתי אלקטרודות הפשוטה לחמצון והפחתה. במקרה זה, ירידה של 70 μl של המתכת הנוזלית להציב 1 מגעים M NaOH פתרון חוטי נחושת כדי ליצור חיבור חשמלי. M NaOH 1 מסיר את משטח תחמוצת מהמתכת ומאפשר למתכת חרוז עד בשל מתח interfacial. ?.......

שיטה זו שולטת במתח של מתכות נוזליים מבוסס גליום באמצעות מתח קטן לנהוג בתצהיר והסרת משטח תחמוצת פני השטח. למרות שהשיטה עובדת רק בפתרונות אלקטרוליט, זה פשוט, ועובד במגוון רחב של מצבים שונים, אבל יש דקויות ראוי לציין. בהיעדר הפוטנציאל חשמלי, שתי תמיסות החומציות והבסי?.......

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.