Génération et contrôle d’électrohydrodynamique coule dans les Solutions d’électrolytes aqueux

Récemment, les techniques de contrôle de débit des liquides ont attiré beaucoup d’attention en raison de l’intérêt pour les applications des micro – et nanofluidiques dispositifs^{1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15}. dans les solutions polaires, tels que les solutions aqueuses et des liquides ioniques, des ions et particules chargées électriquement apportent habituellement sur des charges électriques dans le flux de liquides. Le transport de telles particules polarisées prévoit une expansion de diverses applications, comme la manipulation de la molécule unique^{6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17}, ion diode dispositifs^12,18et écoulement liquide contrôlent^19,20,21,22. Flux DHM a été un phénomène applicable pour les systèmes de contrôle de flux liquide depuis l’invention de Stuetzer^1,2 la pompe de frein ion. Melcher et Taylor³ a publié un article important dans lequel le cadre théorique du flux DHM a bien examiné et certaines expériences exceptionnelles ont également été démontrées. Saville⁴ et ses collègues de travail^23,24 , contribua à l’essor suivant des technologies de l’EHD dans les liquides. Cependant, il y a quelques limitations à induire des flux liquides par des forces électriques, parce que des dizaines de kV devraient s’appliquer dans les liquides à injecter des charges électriques dans des solutions non polaires, tels que les huiles, à polariser les^{1,2 , 3}. c’est un inconvénient pour les solutions aqueuses, parce que l’électrolyse de l’eau qui est induite par un potentiel électrique supérieur à 1,23 V modifie les caractéristiques des solutions et rend les solutions instable.

Dans les canaux micro – et nanofluidiques, des charges de surface des parois du canal provoquent la concentration des contre-ions qui induisent efficacement les flux électroosmotique (expressions du folklore) en vertu de l’application externe des champs électriques^{25,26,27 ,28,29}. À l’aide d’expressions du folklore, des techniques de pompage liquides ont été appliquées dans des solutions aqueuses, en réduisant les tensions électriques^30,31,32. En revanche, expressions du folklore est limité à être générée en micro – et nanospaces dans lequel les surfaces deviennent plus dominants que les volumes de liquide. Par ailleurs, selon le transport d’ions hautement concentrés très près des surfaces de mur, comme dans les couches doubles électriques, la limite de glissement seulement provoque l’écoulement du liquide, qui n’est peut-être pas suffisante pour en faire des gradients de pression^{7, 8 , 22 , 26 , 27}. affiner, telle que les dimensions du canal et des concentrations salines, est requis pour les applications des expressions du folklore. En revanche, DHM coule animées par le corps des forces semblent être disponible pour le transport de masses et énergies si les tensions d’application peuvent être réduites afin d’éviter la dégradation de solvants. Récemment, certains chercheurs ont suggéré des applications de flux DHM avec basses tensions^33,34,35,36. Bien que ces technologies n’ont pas encore été appliquées, les frontières sont censés développer.

Dans des études précédentes, nous avons également mené des travaux expérimentaux et théoriques sur les flux de JEP en solutions aqueuses^37,38,39,40. Il a été supposé que la rectification des voies de transport ionique était efficace pour générer des solutions chargées électriquement qui provoquent les forces électriques corps sous des champs électriques. En utilisant une membrane échangeuse d’ions et un canal de flux traversant la membrane, nous étions en mesure de rectifier les courants ioniques. Lorsque vous appliquez une membrane échangeuse d’anions, cations concentrent dans le flux canal traîné les solvants et mis au point un DHM flux^37,38,39. Une différence dans la mobilité des espèces ioniques a été un facteur important en séparant les courants cationiques et anioniques. Les membranes échangeuses d’ions a travaillé efficacement pour moduler la mobilité en raison de la sélectivité ionique. Phénomènes de transport ionique ont aussi été examinées sous l’angle de la densité de courant ionique, influencée par des champs électriques appliqués⁴¹. Ces études ont été fructueux pour les techniques de manipulation en développement pour des molécules simples, à savoir, micro – et nanoparticules, dont les mouvements sont fortement affectées par les fluctuations thermiques^11,16,17 . Expressions du folklore et des flux de DHM devraient élargir la variété des méthodes de contrôle de flux précis ainsi que des gradients de pression.

Dans cette étude, nous montrons deux méthodes pour lecteur DHM coulées dans des solutions aqueuses. Tout d’abord, une solution de NaOH est utilisée pour un fluide de travail pour exciter un DHM flux^37,38,39. Une membrane échangeuse d’anions sépare le liquide en deux parties. Un canal d’écoulement de polydiméthylsiloxane (PDMS) avec une section de 1 x 1 mm et une longueur de 3 mm pénètre la membrane. En appliquant un potentiel électrique de 2.2 V, le transport électrophorétique de Na⁺H⁺et des ions OH⁻ est induit dans les champs électriques. Une membrane échangeuse d’anions et un canal d’écoulement fonctionnent efficacement pour séparer les voies de transport ionique, où les anions dominante traversent la membrane et cations se concentrent dans le chenal d’écoulement, bien que les deux espèces se déplacent habituellement dans des directions opposées, maintenir l’électroneutralité. Ainsi, une telle condition ne provoque pas une force motrice pour le flux de liquides. Cette structure est cruciale pour générer un flux de DHM dont la vitesse de débit atteint l’ordre de 1 mm/s dans le chenal car très concentré cations accélérées par des champs électriques externes glisser molécules de solvant. DHM flux sont observées et enregistrées à l’aide d’un microscope et une caméra à grande vitesse tel qu’illustré à la Figure 1. Deuxièmement, une différence de concentration entre deux phases liquides séparés par une membrane échangeuse d’ions provoque une condition électriquement polarisée à générer traversant une de membrane échangeuse d’ions⁴⁰. Dans cette étude, nous constatons l’importance d’un temps d’attente considérable s’équilibrer la répartition ionique et un potentiel électrique correspondant, qui causent des conditions préférables d’appliquer une force de corps dans un liquide. En traversant la membrane échangeuse d’ions, une condition faiblement polarisée est atteint. Dans une telle condition, un champ électrique externe induit des transports ioniques directionnelle qui génère une force de corps dans un liquide, et en conséquence, le transfert d’impulsion par les ions au solvant développe un flux DHM.

Comme mentionné ci-dessus, les dispositifs actuels parviennent à diminuer drastiquement la différence de tension appliquée à quelques volts, et donc cette méthode est utilisable pour des solutions aqueuses, bien que les méthodes d’injection de charge électrique conventionnelle exige des dizaines de kV et se limitent à une demande pour des solutions non aqueuses.