एक विधि सतह ऑक्सीकरण और कमी के माध्यम से एक तरल धातु की सतह तनाव में हेरफेर करने के लिए

Published: January 26th, 2016

DOI:

10.3791/53567

Collin B. Eaker^1*, M. Rashed Khan^1*, Michael D. Dickey¹

¹Department of Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University

* These authors contributed equally

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.

इंटरफेसियल तनाव को नियंत्रित करने इंटरफेसियल तनाव एक प्रमुख शक्ति है, जहां उप मिलीमीटर लंबाई तराजू, पर तरल पदार्थ का आकार, स्थिति, और प्रवाह से छेड़छाड़ के लिए एक कारगर तरीका है। तरीकों की एक किस्म इस पैमाने पर जलीय और जैविक तरल पदार्थ की इंटरफेसियल तनाव को नियंत्रित करने के लिए मौजूद हैं; हालांकि, इन तकनीकों की वजह से उनके बड़े इंटरफेसियल तनाव के लिए तरल धातु के लिए उपयोगिता सीमित है।

तरल धातु इलेक्ट्रॉनिक और विद्युत उपकरणों में, मुलायम स्केलेबल, और आकार-reconfigurable घटकों बना सकते हैं। यह यांत्रिक तरीकों (जैसे, पम्पिंग) के माध्यम से इन तरल पदार्थ में हेरफेर करने के लिए संभव है, बिजली के तरीकों, miniaturize नियंत्रण, और लागू करने के लिए आसान कर रहे हैं। हालांकि, सबसे अधिक बिजली की तकनीक को अपने स्वयं की कमी है:-ऑन-अचालक electrowetting मामूली प्रवर्तन के लिए बड़े (केवी) क्षमता, electrocapillarity, इंटरफेसियल तनाव में अपेक्षाकृत छोटे परिवर्तन को प्रभावित कर सकते हैं और निरंतर हाथी की आवश्यकता हैctrowetting केशिकाओं में तरल धातु के प्लग तक सीमित है।

यहाँ, हम एक विद्युत सतह प्रतिक्रिया के माध्यम से गैलियम और गैलियम आधारित तरल धातु मिश्र actuating के लिए एक तरीका मौजूद है। Reversibly तेजी से इलेक्ट्रोलाइट में तरल धातु की सतह पर विद्युत क्षमता को नियंत्रित करने और (शून्य के पास करने के लिए ̴500 करोड़ / मी) परिमाण के दो से अधिक आदेश द्वारा इंटरफेसियल तनाव बदलता है। इसके अलावा, इस विधि से एक काउंटर इलेक्ट्रोड के सापेक्ष लागू केवल एक बहुत ही मामूली क्षमता (1 वी <) की आवश्यकता है। तनाव में जिसके परिणामस्वरूप परिवर्तन मुख्य रूप से एक surfactant के रूप में कार्य करता है जो एक सतह परत ऑक्साइड की विद्युत बयान की वजह से है; ऑक्साइड को हटाने की इंटरफेसियल तनाव, और इसके विपरीत बढ़ जाती है। इस तकनीक में इलेक्ट्रोलाइट्स की एक विस्तृत विविधता में आवेदन किया है और यह टिकी हुई है, जिस पर सब्सट्रेट के स्वतंत्र किया जा सकता है।

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....

इलेक्ट्रोलाइट में तरल धातु की इंटरफेसियल तनाव 1. हेरफेर

ऑक्सीकरण
1. एक पेट्री डिश में (अम्लीय या मूल) एक जलीय इलेक्ट्रोलाइट डालो। ऑक्साइड पूरी तरह से हटा दिया जाता है कि यह सुनिश्चित करने के लिए, एक.......

चित्रा 1 एक ऑक्सीकरण और कमी के लिए सरल दो इलेक्ट्रोड तकनीक का एक उदाहरण से पता चलता है। इस उदाहरण में, एक 1 एम NaOH समाधान संपर्कों में एक तांबे के तार रखा तरल धातु के एक 70 μl ड्.......

इस पद्धति का एक सतह ऑक्साइड के बयान और हटाने ड्राइव करने के लिए छोटे voltages का उपयोग कर गैलियम आधारित तरल धातु की सतह तनाव को नियंत्रित करता है। विधि केवल इलेक्ट्रोलाइट समाधान में काम करता है, यह आसान है, .......

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.

....

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eutectic Gallium Indium	Indium Corporation
Sodium Hydroxide	Fisher Scientific	2318-3
Hydrochloric Acid	Fisher Scientific	A481-212
Sodium Fluoride	Sigma-Aldrich	201154
Optical Adhesive	Norland	NOA81
Polydimethylsiloxane (Sylgard-184)	Dow Corning		Silicone Elastomer Kit
Borosilicate Glass Capillaries	Friedrich and Dimmoch	B41972
Ag/AgCl Reference Electrode	Microelectrodes Inc.	MI-401F
Voltage Source	Keithley	3390
Potentiostat	Gamry	Ref 600
Laser Cutter	Universal Laser Systems	VLS 3.50

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