방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작

요약

우리는 표면 산화물 층의 전기화학적 증착(또는 제거)을 통해 전해질에서 액체 금속의 계면 에너지를 제어하는 방법을 제시합니다. 이 간단한 방법은 적당한 전압을 사용하여 계면 에너지를 빠르고 유의하며 가역적으로 조정하여 갈륨 기반 액체 금속의 모세관 거동을 제어할 수 있습니다.

초록

계면 장력을 제어하는​​ 계면 장력이 지배적 힘 서브 밀리미터 길이 스케일에서 유체의 형상, 위치 및 흐름을 조작하기위한 효과적인 방법이다. 다양한 방법이 규모 수성 및 유기 액체의 계면 장력을 제어하기 위해 존재한다; 그러나, 이러한 기술은 그들의 큰 계면 장력 액체 금속 용 유틸리티를 제한하고있다.

액체 금속은 전자 및 전자 장치에있어서, 부드러운 신축성 및 형상 재구성 컴포넌트를 형성 할 수있다. 그것이 기계적 방법 (예를 들어, 펌핑)을 통해 상기 유체를 조작하는 것이 가능하지만, 전자의 방법은, 소형화 제어 및 구현하기 쉽다. 그러나, 대부분의 전기 기술은 자신의 제약이있다 : - 온 - 유전체 일렉트로 겸손 작동을위한 대형 (kV의) 전위, electrocapillarity은, 계면 장력에 상대적으로 작은 변화에 영향을 미칠 수있는 지속적인 ELE이 필요합니다ctrowetting는 모세관 내의 액체 금속 플러그로 제한된다.

여기서, 우리는 전기 화학 반응을 통해 표면 갈륨 갈륨 계 액체 금속 합금을 작동시키기위한 방법을 제시한다. 가역적으로 빠르게 전해질에서 액체 금속의 표면에 전기 잠재력을 제어하고하면 (제로 근처에 ̴500 mN의 / M) 크기의이 원 이상 구매시에 의해 계면 장력을 변경합니다. 또한,이 방법은 대향 전극에 대하여인가 단지 아주 적당한 전위 (V 1은 <)을 필요로한다. 장력의 변화의 결과는 주로 계면 활성제로서 작용하는 표면 산화물 층의 전기 화학 증착에 기인한다; 산화물의 제거는 계면 장력, 반대로 증가합니다. 이 기술은 전해액의 다양한 적용이 놓이는 기판과 무관 할 수있다.

서론

이 방법은 갈륨을 포함하는 액체 금속의 표면 장력을 제어하는 간단한 방법을 제공합니다. 이 방법은 금속¹의 표면 장력에 거대하고 가역적인 변화를 달성하기 위해 액체 금속(전해질이 있는 경우 상대 전극에 상대적)에 직접 적용되는 적당한 전압(~1V)을 사용합니다.

표면 장력은 작은 길이 스케일의 액체에 대한 지배적인 힘이며 습윤, 확산 및 표면 장력 구동 흐름을 포함한 여러 모세관 현상에 중요합니다. 결과적으로, 표면 장력을 제어하는 능력은 mm 미만의 길이 스케일에서 액체의 모양, 위치 및 흐름을 조작하는 합리적인 방법입니다. 두 유체 사이의 표면 장력을 변경하는 가장 일반적인 방법은 유체 사이의 계면에 걸쳐 있는 분자인 계면활성제를 사용하는 것입니다. 계면활성제는 표면 장력을 낮추지만 계면에서 계면활성제를 제거하기 어렵기 때문에 역전이 쉽지 않은 방식입니다. 표면 장력은 온도 구배^2,3, 빛⁴, 표면 화학 ^5-7 및 전압⁸을 포함한 다양한 기술을 사용하여 변경할 수도 있습니다. 그러나 이러한 방법의 대부분은 특히 표면 장력이 현저히 큰 액체 금속의 경우 표면 장력에 약간의 변화를 초래합니다.

프로토콜

전해질 액체 금속의 계면 장력의 조작 1.

1. 산화
   1. 페트리 접시에 (산성 또는 염기성) 수성 전해질을 따르십시오. 산화물이 완전히 제거되었는지 확인하기 위해,보다 큰 농도 0.1 M ⁽²⁴⁾ (예를 들어 1 M의 NaOH 또는 1 M 염산)과 산 또는 염기를 사용한다. 약 1-3mm의 깊이에 접시를 채울 것입니다 볼륨을 사용합니다. 이러한 솔루션으로 피부에 접촉하지 마십시오.
   2. 전해질 중의 갈륨 계 합금의 (최적 10-500 μL 사이) 방울을 배치하는 주사기를 사용한다. 예로는 공융 갈륨 인듐 (EGaIn) 또는 갈륨 인듐 주석 (Galinstan)를 포함한다. 순수한 갈륨을 사용하는 경우, 동결 방지 적어도 30 ° C로 가온 전해질.
   3. 작동 전극을 확립 액체 금속으로 구리 와이어를 배치했다. 강하보다 작은 직경을 갖는 구리 와이어를 사용하여, 전자를 제조업체의 지시에 따라, 디지털 멀티 미터를 사용하여와이어가 <1 Ω의 저항이 nsure. 산 또는 염기에서, 액체 금속은 구리를 습윤시켜 우수한 전기적 접촉을 형성 할 것이다.
   4. 용액 중에서 실시하는 대향 전극 (예를 들어 구리, 흑연, 백금 등)을 배치 할 수 있지만 액체 금속과 접촉한다.....

결과

도 1은 산화 및 환원에 대한 간단한 2 전극 기술의 예를 나타낸다. 이때, 1 M NaOH 용액 연락처에 구리선을 배치 액체 금속의 70 μL 강하의 전기적인 접속을 확립한다. 1 M NaOH를 인해 계면 장력까지 비드 금속을 금속의 표면 산화물을 제거하고 있습니다. 드롭 및 백금 메쉬 대향 전극 사이에 2.5 V 전위를인가하면, 드롭의 표면을 산화시킨다과 대향 전극 (도 1A II) 측으로 이주하는 동안 드롭 퍼진다. 액체 금속 -1 V의 전위를인가하면 (NaOH로하여 산화물의 제거 이외에), 산화 업 비드 금속 원인을 제거 의한 환원 전위 (도 1 아이에 드롭 수소 기포를 생성). 수소.......

토론

이 방법은 표면 산화물의 증착 및 제거를 작은 구동 전압을 사용하여 갈륨 계 액체 금속의 표면 장력을 제어한다. 방법 만 전해질 용액에서 작동되지만,이 간단하고, 다른 다양한 조건에서 작동하지만, 주목할 미묘있다. 전위의 부재, 모두 산성 및 염기성 용액은 산화물 ^(27)을 에칭하여. 산화 전위의 적용은 산성 및 염기성 용액 모두를 포함하여 수성 전해질의 표면 산화물의 생성을 구동한다. 그러나 산성 또는 염기성 용액에 용해 산화물은 산화물 층의 과도한 형성을 방지하는 산화물의 증착과 경쟁. 두꺼운 산화물 층의 형성은 산화물이 이동에 기계적 장벽을 제공하는 것으로 추정되므로, 유동을 억제한다. 이 억제는 확산 동안 해로울뿐만 아니라, 금속의 형상을 안정화시키는 방법을 제공 할 수있다.

e_content가 "> 계면 장력은 전위의 함수로서 연속적으로 변화한다. 표면 장력은 표면 산화물을 제거 전위에서 가장 크다. 인해 고전 electrocapillarity 약간 표면 장력을

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
공융 갈륨 인듐	인듐 공사
수산화나트륨	Fisher Scientific	2318-3
염산	Fisher Scientific	A481-212
불화나트륨	시그마-알드리치	201154
광학 접착제	Norland	NOA81
폴리디메틸실록산( Sylgard-184)	다우코닝		실리콘 엘라스토머 키트
붕규산 유리 모세 고	프리드리히 및 디모크	B41972
Ag/AgCl 기준 전극	미세 전극, Inc.	MI-401F
전압 소스	Keithley	3390
Potentiostat	Gamry	Ref 600
레이저 커터	범용 레이저 시스템	VLS 3.50

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