Поколения и контроль над Электрогидродинамическое потоков в водный электролит решения

Недавно методы контроля потока жидкости привлекли большое внимание из-за интереса в приложениях микро – и nanofluidic устройств^{,12,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15}. в полярных решений, таких как водные растворы и ионных жидкостей, ионов и электрически заряженных частиц обычно приносят об электрических зарядов в жидких потоков. Перевозка таких поляризованных частиц обеспечивает расширение различных приложений, таких как сингл молекула манипуляции^{6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17}, ионный диод устройства^12,18и жидкий поток управления^19,20,,2122. ЭГД поток был применимым явление для систем контроля расхода жидкости Stuetzer^1,2 изобрел Ион перетащить насоса. Melcher и Тейлор³ опубликовал важную статью в котором теоретические основы ЭГД потока хорошо рассмотрел и некоторые выдающиеся эксперименты были также продемонстрированы. Савиль⁴ и его коллеги^23,24 способствовали следующие расширения ЭГД технологий в жидкости. Однако существуют некоторые ограничения, чтобы заставить жидких потоков, обусловлен электрических сил, потому что десятки кв должны применяться в жидкости придать электрических зарядов в неполярных решений, таких как масла, чтобы поляризовать их^{1,2 , 3}. это недостаток для водных растворов, потому что электролиз воды, которая индуцируется электрический потенциал, выше, чем 1.23 V меняет характеристики решений и делает решения нестабильной.

В микро – и nanofluidic каналы поверхности обвинения стенок канала вызывают концентрации counterions, которые эффективно стимулировать потоки Электроосмотическое (ВФ) под внешне прикладной электрического поля^{25,26,27 ,,2829}. С помощью ВФ, некоторые жидкие насосных методы применялись в водных растворах, уменьшение электрического напряжения^30,,3132. С другой стороны ВФ ограничены создаются в микро – и nanospaces, в котором площади поверхности становятся более доминирующей чем жидкий томов. Кроме того в зависимости от транспорта высокой концентрации ионов очень вблизи поверхности стен, таких как в электрических двойных слоев, границы скольжения только вызывает потока жидкости, которая не может быть достаточно, чтобы сделать давление градиенты^{7, 8 , 22 , 26 , 27}. Тонкая настройка, таким образом, чтобы размеры канала и концентрация соли, не требуется для приложений EOF. В отличие от ЭГД потоков определяется органом, которую силы, как представляется, быть доступны для транспортировки массы и энергии, если приложения напряжения может быть сокращены, чтобы избежать унижающего достоинство растворителей. Недавно некоторые исследователи предложили приложений ЭГД потоков с низким напряжением^33,34,35,36. Хотя эти технологии еще не были выполнены, границы предполагается расширить.

В предыдущих исследованиях мы также провели экспериментальные и теоретические работы по ЭГД потоков в водных растворах^37,,3839,40. Предполагалось, что исправление путей переноса Иона был эффективным сформировать электрически заряженных решения, которые вызывают электрические тело силы под электрических полей. С помощью ионообменных мембран и канал потока через мембрану, мы смогли исправить ионных токов. При применении Анионообменная мембраны, катионы сосредоточены в потоке канал тащили растворителей и разработал ЭГД потока^37,,3839. Разница в подвижности ионов видов является важным фактором при разделении катионные и анионными течений. Ионообменные мембраны эффективно работал для модуляции мобильность благодаря избирательности Ион. Явления переноса иона также были исследованы с точки зрения ионных плотности тока, под влиянием прикладной электрического поля⁴¹. Эти исследования были плодотворными для развивающихся методов манипуляции для одной молекулы, а именно, микро – и наночастиц, чьи ходатайства сильно пострадавших от тепловых колебаний^11,16,17 . ЭГД потоков и ВФ предполагается расширить разнообразие методов точного потока управления, а также давление градиентов.

В этом исследовании мы демонстрируем два метода для привода ЭГД потоков в водных растворах. Во-первых раствор NaOH используется для рабочей жидкости для привода ЭГД потока^37,,3839. Анионообменная мембрана отделяет жидкости на две части. Полидиметилсилоксан (PDMS) канал потока с сечением 1 x 1 мм и длиной 3 мм проникает мембраны. Применяя электрический потенциал 2.2 V, электрофоретической перевозки Na⁺, H⁺и ионы OH⁻ индуцируется вдоль электрического поля. Анионообменная мембраны и канал потока эффективно работать для разделения пути переноса ионов, где анионов преимущественно проходят через мембрану и катионов сосредоточиться в канале потока, хотя оба вида обычно двигаться в противоположных направлениях, поддержание электронейтральности. Таким образом такое условие не вызывает движущей силой для жидких потоков. Эта структура имеет решающее значение для генерации ЭГД поток, скорость потока которых достигает порядка 1 мм/s в канале потому что высококонцентрированный катионов ускорился от внешних электрических полей перетащите молекул растворителя. ЭГД потоки наблюдается и записанная с помощью микроскопа и высокоскоростной камеры, как показано на рисунке 1. Во-вторых, концентрация разница между двух жидких фаз, разделенных ионообменные мембраны вызывает электрически поляризационные состояния создаваемого пересечения ионообменные мембраны⁴⁰. В этом исследовании мы находим значение значительное время ожидания чтобы сбалансировать Ион дистрибутивов и соответствующий электрический потенциал, которые вызывают предпочтительным условий для применения силы тела в жидкости. Пересекая ионообменные мембраны, слабо поляризационные состояния достигается. В таком состоянии внешне прикладной электрическое поле вызывает направленного ионного транспорта, который генерирует силу тела в жидкости, и в результате передачи импульса от ионов растворителя развивается ЭГД потока.

Как упоминалось выше, настоящий устройства успешно резко уменьшается разница несколько вольт приложенное напряжение, и таким образом этот метод может использоваться для водных растворов, хотя инъекций методы обычного электрического заряда требуется десятки кв и ограничены к приложению для не водные растворы.