表面酸化と還元を経て液体金属の表面張力を操作する方法

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.

界面張力を制御することは界面張力が支配的な力であるサブミリメートルの長さのスケールでの形状、位置、及び流体の流れを操作するための有効な方法です。この規模での水と有機液体の界面張力を制御するための様々な方法が存在します。しかし、これらの技術は、それらの大きな界面張力による液体金属の有用性が限られています。

液体金属は電気及び電磁機器で、柔らかい伸縮性、および再構成可能な形状の部品を形成することができます。それは機械的な方法（例えば、ポンプ）を介してこれらの流体を操作することが可能であるが、電気的な方法は、コントロールを小型化し、実装が容易です。しかし、ほとんどの電気技術は、独自の制約を持っている：オン誘電体エレクトロウェッティングは、ささやかな作動のための大規模な（キロボルト）電位、電気毛管現象は、界面張力の比較的小さな変化に影響を与えることができ、連続ELEが必要ですctrowettingは毛細血管内の液体金属のプラグに限定されています。

ここでは、電気化学的な表面反応を介して、ガリウムおよびガリウム系液体金属合金を作動させるための方法を提示します。迅速かつ可逆的に電解液中の液体金属の表面に電気化学ポテンシャルを制御すること（ゼロ近くまで̴500MN / m）の大きさの2以上のご注文によって界面張力を変化させます。さらに、この方法は、非常に控えめな電位（<1 V）を必要と対向電極に対して印加されます。張力の結果として生じる変化は、主に界面活性剤として作用する表面酸化物層の電気化学的堆積によるものです。酸化物の除去は、界面張力、およびその逆を増加させます。この技術は、電解質の多種多様に適用され、それが置かれた基板とは無関係であることができます。

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....

電解液中の液体金属の界面張力の1.操作

1. 酸化
   1. ペトリ皿に（酸性または塩基性）水性電解質を注ぎます。酸化物が完全に除去されたことを確認するために、0.1 M ²⁴よりも高い濃度（例えば、1M NaOHまたは1MのHCl）で、酸または塩基を使用しています。約1〜3ミリメートルの深さに料理を記入しますボリュームを使用してください。これらのソリューションで皮膚を触れ?.......

図 1Aは、酸化と還元のための単純な二電極法の一例を示す図です。この例では、液体金属の70μlの滴を1M NaOH溶液に接触して電気接続を確立するための銅線を入れました。 1 M NaOHが金属から表面酸化物を除去し、金属は、その界面張力までビーズにできます。ドロップ白金メッシュ対電極との間に2.5Vの電位を印加すると、液滴.......

この方法は、表面酸化物の堆積及び除去を駆動するために小さな電圧を使用ガリウム系液体金属の表面張力を制御します。メソッドは、電解質溶液中で動作しますが、それは単純で、異なる多種多様な状態で動作しますが、注目すべき微妙な点があります。電位の非存在下で、酸性および塩基性の両方の溶液は、酸化物^{27をエッチング} 。酸化電位の印加は、酸性および塩基性の?.......

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.