Un método para manipular tensión superficial de un metal líquido a través de la oxidación de la superficie y Reducción

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.

El control de la tensión interfacial es un método eficaz para la manipulación de la forma, posición, y el flujo de líquidos a escalas de longitud submilimétricas, donde la tensión interfacial es una fuerza dominante. Una variedad de métodos para controlar la tensión interfacial de líquidos acuosos y orgánicos en esta escala; Sin embargo, estas técnicas han limitado la utilidad para metales líquidos debido a su gran tensión interfacial.

Metales líquidos pueden formar componentes blandos, elásticos y con forma reconfigurable en dispositivos electrónicos y electromagnéticos. A pesar de que es posible manipular estos fluidos a través de métodos mecánicos (por ejemplo, bombeo), métodos eléctricos son más fáciles de miniaturizar, control, e implementar. Sin embargo, la mayoría de las técnicas eléctricos tienen sus propias limitaciones: electrohumectación-on-dieléctrico requiere grandes (kV) potenciales para el accionamiento modesta, electrocapillarity puede afectar a cambios relativamente pequeños en la tensión interfacial, y ele continuoctrowetting se limita a los enchufes del metal líquido en los capilares.

A continuación, presentamos un método para el accionamiento de galio y aleaciones de metal líquido a base de galio mediante una reacción electroquímica superficie. Controlar el potencial electroquímico en la superficie del metal líquido en un electrólito rápidamente y de forma reversible cambia la tensión interfacial por más de dos órdenes de magnitud (̴500 mN / m a cerca de cero). Además, este método requiere sólo un potencial muy modesta (<1 V) aplicada respecto a un electrodo contador. El cambio resultante en la tensión se debe principalmente a la deposición electroquímica de una capa de óxido de la superficie, que actúa como un agente tensioactivo; la eliminación del óxido aumenta la tensión interfacial, y viceversa. Esta técnica se puede aplicar en una amplia variedad de electrolitos y es independiente del sustrato sobre la que descansa.

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. La manipulación de la tensión interfacial de Liquid Metal en electrolitos

1. Oxidación
   1. Verter un electrolito acuoso (ácido o básico) en una placa de Petri. Para asegurar que el óxido se elimina por completo, utilice un ácido o base con una concentración superior a 0,1 M ²⁴ (por ejemplo, 1 M de NaOH o HCl 1 M). Utilice un volumen que va a llenar el plato hasta una profundidad de aproximadamente 1-3 mm. Evite el contacto con la piel con estas soluciones.
   2. Utilice un.......

Figura 1 A muestra un ejemplo de la técnica simple de dos electrodos para la oxidación y reducción. En este caso, una caída de 70 l del metal líquido colocado en una relación 1 M de NaOH solución entra en contacto un alambre de cobre para establecer una conexión eléctrica. El 1 M NaOH elimina el óxido de la superficie del metal y permite que el metal a talón hasta debido a su tensión interfacial. La aplicación de un pot.......

Este método controla la tensión superficial del líquido a base de metales de galio utilizando pequeñas tensiones para conducir la deposición y la eliminación de un óxido superficial. Aunque el método sólo funciona en soluciones de electrolitos, es simple, y trabaja en una amplia variedad de diferentes condiciones, pero hay matices dignos de mención. En ausencia de potencial eléctrico, ambas soluciones ácidas y básicas etch distancia El óxido de ^27. La aplicación de un potencial oxidativo .......

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.