The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Adam D. Wexler; M&#243;nica L&#243;pez S&#225;enz; Oliver Schreer; Jakob Woisetschl&#228;ger; Elmar C. Fuchs

doi:10.3791/51819

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Engenharia

Polar Dielektrik Sıvılar gelen elektrohidrodinamik Köprülerin Hazırlanması

Published: September 30, 2014

doi:

10.3791/51819

Adam D. Wexler¹, Mónica López Sáenz², Oliver Schreer², Jakob Woisetschläger³, Elmar C. Fuchs¹

¹Applied Water Physics,Wetsus – Centre of Excellence for Sustainable Water Technology, ²IRCAM GmbH, ³Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics,Graz University of Technology

Summary

Yatay ve dikey elektrohidrodinamik sıvı köprüler yüksek yoğunluklu elektrik alanları ve polar dielektrik sıvıların etkileşimi keşfetmek için basit ve güçlü araçlardır. Temel aparat ve (örneğin, su, DMSO ve gliserol) sunulmuştur, üç sıvı için termografik görüntü dahil olmak üzere, çalışma örnekleri, bu yapı.

Abstract

Yatay ve dikey sıvı köprüler, yüksek yoğunluklu elektrik alanlar (8-20 kV / cm) ve polar dielektrik sıvıların etkileşimi keşfetmek için basit ve güçlü araçlardır. Bu köprüler bir kaç milimetrenin ötesine uzayabilirlik sergileyen bu kılcal köprülerden eşsiz karmaşık çift yönlü kütle transferi desenine sahiptir ve kızıl ötesi ışıma olmayan Planck'ın yayar. Sıradan bir çözücü madde gibi bir dizi köprü yanı sıra düşük iletkenlik çözümleri ve koloidal süspansiyonlar oluşturabilirler. Makroskopik davranışı elektrohidrodinamikler tarafından yönetilir ve rijit duvarların varlığı olmadan sıvı akış olayları okuyan bir araç sağlar. Bir sıvı köprü birkaç önemli fenomenlerin başlamasından önce ilerleyen menisküs yüksekliği (electrowetting), dökme sıvı dolaşımının (Sumoto etkisi) ve yüklü damlacıklar (elektrosprey) dışarı atılması da dahil olmak üzere gözlemlenebilir. Yüzey, polarizasyon ve yer değiştirme kuvvetler arasındaki etkileşim bir direkt olarak incelenebiliruygulanan gerilim ve köprü uzunluğu değişen. Yerçekimi yardımıyla elektrik alan, Rayleigh-Yaylası dengesizliklere yönelik sıvı köprü dengeler. (Örneğin, su, DMSO ve gliserol) sunulmuştur, üç sıvı için termografik görüntü dahil olmak üzere, çalışma örnekleri ile birlikte, hem dikey hem de yatay yönde temel cihazının yapımı.

Introduction

Elektrik alanları ve malzeme kütlesi içinde gelişen kuvvetlerinin bir dizi sıvı madde sonuçlar arasında etkileşim. Gerçek sıvı bir dielektrik sistemlerde göz ardı edilemeyecek alan gradyanlar ve simetri kırılması geometrileri görünüşte özgü etkileri arasında bir sayı ile sonuçlanmaktadır. Hertz, sıvı-katı dielektrik sistemlerde ¹ dönme hareketini nota ilk biriydi. Spinal akışkanlar arasındaki ara yüzey gerilimi, sadece bir dış elektrik alanı uygulanması ile değişmediği, ancak bu değişiklik, sıvı vücuda kuvvetlerinin efor neden olduğunu ve dönme hareketini başlatmak için ² kullanılabilir görülmektedir. Armstrong Fuchs ve ortak çalışanlar kütle ve yük taşıma mekaniği ^4,5 araştırdı ve bu köprülerin oluşturan hangi mekanizmaların ciddi bilimsel araştırmayı yeniden açıldığında, yakın zamana kadar esrarengiz bir parti hüner kalmıştır 1893 ^3'de yüzen su köprü keşfetti. Elektrik alanları abilit varparalel plaka elektrotlar arasında dielektrik sıvı yükselişte Pellat işi olarak yerçekimi kuvvetine karşı sıvıların kaldırma y ⁶ gösterir. Bu işlem, bir kaldırma frekans bağımlılığını gösterir ve nihai olarak Maxwell gerilme tensörü ⁷ ile tarif edilebilir. Bir dielektrik (EWOD) üzerine electrowetting benzer frekans bağımlılığı ⁸ ve dielektroforetik (DEP) kütle akışı ⁹ gösteriyor AC şartlar altında elektrohidrodinamik (EHD) sıvı köprüleri ile ilişkili sıvı seviyesi yükselişi göz önüne alındığında bu önemlidir. Ayrıca, yüksek potansiyel elektrik alanların uygulanması sıvı püskürtme parçalamak kontrol etmek açısından önemlidir ve sıvı ile elektrik alanının etkileşimi elektrosprey atomizasyon ^10,11 endüstriyel açıdan önemli işlemini anlamak için gereklidir.

Harici bir elektrik alanı, yalnızca yüzey enerjisini etkilemez. Nedeniyle polarizasyonu ve kesme stresi aksiyonuna, kalıpların akışoluşturulacaktır. Bunun bir örneği, homojen olmayan elektrik alanlarının mevcudiyetinde sıvıların dolaşımıdır. Bu vesile electroconvective akımlar kayma gerilmeleri tarafından yönlendirilen sıvı dökme kurulmuştur. Sumoto bir sıvı motorlu bir polar sıvı ya da polar olmayan bir dielektrik banyo içine batırıldığı ve homojen olmayan bir elektrik alanı ¹² içine yerleştirilmiş bir metal çubuk ihtiva eden bir cam ya da rotor kullanılarak inşa edilebileceği gösterilmiştir. Okano tarafından daha sonra analiz sadece nitel deney sonuçlarını maç olabilir rotasyon sorunu çözmek için homojen bir alan yaklaşım ¹³ kullanılır ve tekil kütle olarak yanıt dielektrik sıvı gerekli. Konuyla ilgili diğer araştırmacılar, yanlışlıkla rapor olarak tamamen noktası cevapsız ve Pellat ¹⁷ öncülüğünü elektrik alan çalışmalarına tepki olarak ^14-16 artacak bir sıvı seviyesi olarak Sumoto etkisini araştırdı. Ücret yerleşebilen işlemi için kırılma yüzeyi simetri önemi ve oluşturulan kesme stress ^18, sıvı EHD köprü üzerinde araştırma kavramak esastır. Süreklilik Elektromekanik ¹⁹ Melcher en tez toplu sıvıları tedavisi için tam bir teorik zemin sağlar ve izotropik homojen sınırı içinde serbest yüzeyleri kolaylaştırır. Yüzeylerinin önemi daha da kütle hareketi oluşturmak için kesme stresi simetri sonuç kaybı olarak sürekli açısından yine de açıktır. Polarize ve yüzeye yaklaşım üzerine elde edilen tepkisel kuvvete tabi olabilir ayrı cep sıvı hacimleri genel durumu olarak ele alındığında, elektrik alan etkileşim her iki Navier Stokes ve Bernoulli ^{20 7,21,22} ilişkilere ikame edilebilir sıvı köprüler dahil EHD akış fenomenlerin sayıda açıklamak için. Sıvı köprülerden daha fazla çalışma ^23-25, mikro ve nano-malzeme işleme ^26-28, ilaç dağıtım ²⁹ baskı mürekkep püskürtmeli olarak EHD tabanlı teknolojilerin bir dizi artırabilir, 30, biyomedikal uygulamaları ^31,32, ve tuzdan arındırma ^33.

Burada tarif edilen yöntemler, molekülleri bir dipol momentine sahip olan kalıcı bir polar sıvı içinde bulunan sıvı EHD köprülerinin oluşturulmasına erişim sağlar. Bu şekilde dielektrik geçirgenlik yerel bir değişim elde dipol nüfusun kısmi bir polarizasyon uygulanan homojen olmayan bir elektrik alanı sonuçlar ayrıca alan gradyanı ^18,34,35 takviye edici. Bu polarizasyon, uygulanan alanın nispi yoğunluğu bağlı olarak, sonunda bir köprü oluşumu ile elde edilen çeşitli sıvı yanıtlar (bakınız Şekiller 4-7) bir dizi oluşturacak olan bir yer değiştirme kuvvetine yol açar. Sıvı aynı zamanda, elektrot üzerinde keskin bir kenar mevcut olduğu yerde, bir Taylor durumlarda özellikle elektrot yüzeyleri boyunca akar ^22,36 geliştirecektir. Keskin kenarlarında ücret enjeksiyon olasılığı da var ve tutarlıBöylece Sumoto etkisi ¹² ile birlikte sıvı bağlayıcı köprü sistemi sıvı dökme ²² electroconvective akımlarını üretmek heterocharge tabakalarının oluşumu. Köprüler için yönetim EHD ilişkiler yoğun su ve diğer polar sıvılar ^22,36-38 için başka bir yere kaplıdır. Bu teorik yaklaşımlar deneysel verileri yaklaşırken dikkat edilmesi gereken bazı sınırlamalar muzdarip. Maxwell gerilme tensörü işleme alanı ³⁶ çoktürellik hem de sıvı köprü olmayan muntazamlıklara karşı duyarsızdır. Saf EHD yaklaşım ³⁷ electrogravitational numarası ve köprü boy oranına ilişkisi kararlı durum tanımları sağlar; Ancak akış dinamikleri ve geçici önemli olayları (örneğin, köprü oluşturma) öngörülmez. Köprünün stabilitesini analiz ve önceden Marín & Lohse'ye ³⁷ tarafından yayınlanan burada elde edildiğinde üç boyutsuz sayılar yararlıdır </s> kadar. Electrocapillary numarası (Ca _E), elektrikli ve kılcal güçler arasındaki oran olarak tanımlanır ki bu:

ε ₀ vakum dielektrik olduğu, ε sıvının nispi dielektrik geçirgenliğe _r, E _t, köprü üzerinden elektrik alanıdır, γ yüzey gerilimi, D _S ve _M şekilde çapının yatay ve dikey çıkıntılar olmasıdır ortalama çapı D _m elde edilir. Bond numarası (Bo), yerçekimi ve kapillar kuvvetler arasındaki dengeyi açıklar:

g yerçekimi ivmesi nerede, ben ücretsiz köprü uzunluğu ve V köprü birimdir. Arasındaki ilişkiyerçekimi, kılcal kuvvetler ve elektrik electrogravitational numarası G _E ile ifade edilebilir:

Köprü üzerinden akan akım kesit alanına ve dolayısıyla çapı ile ilgili ise, bir köprü, maksimum uzayabilirlik uygulanan voltaj ile ilgilidir. Bu ilişkiler, köprü hacmi belirlemek ve böylece herhangi bir çalışma, sıvı köprü için istikrar bölgeyi tanımlamak, kuple edilir. Su köprü için karakteristik eğrileri uygulanan alan yüzey gerilim kuvvetlerini ve köprünün kitlesel sızıntı sonuçlanan çok büyük olduğu üzerinde bir üst eşik aşmak için çok zayıf, altında bir alt eşik gösteren Şekil 3'te verildiği ileri parçalanır alan ve köprü rüptürü sonuçları.

Daha genel tedavipolar çözücüler ^19,22 sıvı köprülerin oluşması basınç süresine eklenir elektrik değiştirme koşullar değiştirilmiş bir Bernoulli denklemi bağlamında akış dinamiklerini yöneten kuvvetler tahmin köprü ile çalışan basınç ve koşulları içerir. Ayrıca iyon istikrar ²⁴ için Onsager ilişki denge pompalama yönü ve termal emisyon deneysel gözlemlerle uyum kurulmuştur.

Polar sıvılar bir dizi su da dahil olmak üzere araştırılmıştır düşük alifatik alkoller (örneğin, metanol), poli-alkoller (örneğin, gliserol), dimetilsülfoksit (DMSO), ve diğer polar organik (örneğin, dimetilformamid). Polar olmayan sıvılar dielektrik (örneğin, heksan) köprüsü oluşumunu göstermezler. Köprüleri destekleyebilen dielektrik sıvılar çok iyi bir başlangıç noktası fo kurmak fiziksel parametrelerin iyi tanımlanmış bir grup içinde ^8,22,37 yalan incelenmiştir Bu şekilder daha fazla deneye: Düşük iletkenlik (σ <5 mS / cm), orta statik göreli geçirgenliği (ε = 20-80), yüksek yüzey gerilimi (γ = 21-72 m / Nm) orta. İlginç viskozitelerdeki geniş bir yelpazede (η = 0,3-987 mPa sn) gibi köprülerde iş. Gliserol gibi yeterince yüksek viskoziteli sıvılar o sıvı dökme (bakınız Şekil 5) doğrudan bir köprü çekmek mümkündür ve dielektroforetik kuvvetleri ve sıvı köprüler arasında önemli bir bağlantı vardır. İyonik çözümler (örneğin, NaCI _(aq)), köprünün sıcaklık artışı uygulanan gerilim oranına uzunluğu azaltabilir ve genişleme azaltmak için gösterilmiştir oluşumu ve önceki çalışmalarda ⁴⁰ köprülemek yüksek oranda farklı bulunmaktadır. Bu davranış, büyük ölçüde sıvı hacmi elemanları ve elektrik alanı arasındaki kuplaj azaltır şarj koruyucu çözülmüş iyon etkisi hem de yüksek akım iletimini atfedilir.

<electrostriction eşlik gerekli basınç şartları sadece sıvı ara ²¹ bulunurlar çünkü süreklilik seviyesi EHD fenomenler hakkında p class = "jove_content"> basitçe ortaya çıkar. Ayrıca, EHD sıvı köprülerin istikrar ve sistemdeki arayüzler istikrar arasında bir ilişki vardır. Düşük ağırlık deneyler ⁴¹ ayrı köprü gözyaşı bir kuvvet genişleyen yüzey alan durumunda. Yüzeyi çok sınırlı ya da aynı şekilde eğer subtending temas alanı küçük köprü olasılıkla kararsızlıklarına gelişecektir. Bu, boru ile ya da bir elektrod yüzeyinden yukarı doğru çekilir dik köprü durumunda beslendiği köprülerde tasvir edilebilir – bu durumda burada bulunan karakteristik akış dinamiklerini eksikliği bu şekilde elde edilen köprüler, uzun dönem işletim daha az kararlı olduklarını Her iki rezervuarlar ücretsiz büyük bir yüzey alanına sahiptir. Olan bağlantıları sıvı haznesine boru gösteri i içinde hapsedilir Köprülerncreased termal birikimi ve düşen yüzey gerilimi. Bir hava arayüzü kendiliğinden tüpü içinde oluşturacak tipiktir. Bu durum, her iki sınır azami uzama hem de kapalı sıvı köprüler için köprünün ortalama ömrü. Herhangi bir köprü sıvı yatak istirahatı, böyle bir hızlandırma voltajında devam edecek ise açık yüzey suyu tercihen bir köprü sisteminin elektrosprey modunda içine geçişler 35 kV, 35 mm uzunluğa kadar uzatılabilir. Hortumu beslenmektedir sistemlerinde kullanım süresi, tipik olarak 2 saat daha azdır Bunun gibi serbest yüzey su köprü, kontrol edilen koşullar altında 10 saat yaklaşan stabilite ömrü vardır.

EHD fenomen genellikle sadece süreklilik seviyede kabul edilir. Sıvı köprülerden moleküler çalışmalar temelinde sınırlı sayıda gerçekleştirilmiştir. Dikey AC köprüleri kullanarak bir Raman çalışmada ⁴² kütle su ile karşılaştırıldığında molekül-arası OH germe bandı incelenmiştir. Sc bazı değişikliklerElektrik alanının uygulanmasından sonra içeriğinde değişikler yapmak profilleri yapısal kökene sahip olduğu gösterilmiştir. Bir yüzen su köprü ⁴³ bir HDO içinde ihtiva HDO moleküllerinin OH germe titreşim titreşim süresi üzerinde çok hızlı orta kızıl ötesi spektroskopi kullanılarak pompa sistemi: _D2O su köprü HDO molekülleri için daha kısa (630 ± 50 FSEC) olduğu bulunmuştur kütle HDO: D ₂ O (FSEC 740 ± 40) tersine ise, titreşim gevşeme aşağıdaki termalizasyon dinamik yük HDO göre (1500 ± 400 FSEC) nispeten yavaştır: D ₂ O (250 ± 90 FSEC). Enerji gevşeme dinamiğinde bu farklılıklar çok su köprüsü ve hacimli bir su moleküler bir ölçekte farklı olduğunu göstermektedir. Ayrıca, yüzen su köprünün kızılötesi emisyon üzerine bir araştırma proton iletim bandının ⁴⁴ zemin durumuna uyarılmış halde bir geçiş nedeniyle olabilecek bir termal olmayan özelliğini ortaya koymuştur. Daha yakın zamanda yapılan bir çalışma, Raman önce bildirilmiştirDC su içinde köprü ^45'in iç ve dış gövde arasındaki lokal pH göreceli bir farkla göstergesidir spektrumları olarak, radyal bir dağıtım vardır köprü ö. EHD sıvı köprüler içinde fiziksel özelliklerinin radyal dağılımı daha fazla sıcaklık ve yoğunluk profilleri zıt radyal dağılımları veren ve açıklanmıştır iki serbestlik moleküler derece gradyanı ya da sekonder faz varlığı ile UV inelastik olabilir saçılma deneylerinde ⁴⁶ tarafından desteklenmektedir nano kabarcıklar gibi. Engellenen dönüş kavramı (yani salınımlarda) kızılötesi emisyon spektrumları ⁴⁴ desteklenir ise, daha sonra, bir kavram küçük açı X-ışını saçılması çalışma ⁴⁷ tarafından desteklenmez. EHD sıvı köprülerde tercihli akış yönü otomatik ayrışma kinetiği değişikliklerden kaynaklanmaktadır. Onsager'in çalışmaları ile anlaşarak bu bulgu, moleküler ve sürekli seviye olayları bağlamak için umut vaat <sup> 22. EHD fenomenine moleküler düzeyde için bir başka kanıt, bir dielektrik damlacık termal emisyon artan elektriksel alana tepki olarak yerel olarak azalır ve bir köprü başlangıcından hemen önce ulaştığı en az gözlem bulunur (bakınız Şekil 7).

EHD sıvı köprüler birden uzunluk ölçeklerinde güçler arasındaki etkileşimi incelemek için bir fırsat sunmak ve destekler yerçekimi herhangi bir doğrultu ile sıvı bir dizi köprü bu tür üretmek için standart bir yöntem sağlar, bu çalışmanın özel amacı Daha önce tartışılan karakteristik olayların tam set çıkması.

Protocol

1. Genel Öneriler Elinden ter ve yağ kirlenmesini önlemek için deneyin set-up boyunca tek, pudrasız eldiven giyin. Temizlik tüm cam, elektrotlar ve sıvı fazda çözünebilen kirleticilerin girişini önlemek için özel dikkat, çalışma kapsamında sıvıyı temas herhangi bir diğer parçalar. Bir iletkenlik ölçer kullanılarak, deneyde kullanılır ve / sm ≤1 uS olduğunu teyit edilecek sıvının elektrik iletkenliğinin ölçülmesidir. 2. Deney Düzeneği Yatay köprü sistemi (Şekil 1a) Bir seviye olmayan bir iletken yüzey üzerinde yüksekliği ayarlanabilir platformlarda bir çift yerleştirin. Yerde bir platform düzeltmek ve 25 mm'lik minimum seyahat sahip bir motorlu lineer çeviri sahnede diğer platformunu monte edin. Güvenli yalıtım plakaları (Şekil 1a, bölüm j) inciAyarlanabilir platformlar e üst yüzey. Bunların her tarafta en az 10 mm çıkıntı platformlar, böylece büyük boy olan yalıtım levhaları kullanımı. Teflon, akrilik ya da pencere camı gibi yaygın malzemeler kullanılmaktadır. Planlanan en yüksek gerilimde bozulmayı önlemek için kalınlığını seçebilir. Üretici talimatlarına göre yüksek gerilim güç kaynağı (Şekil 1a, parçasıdır m) bağlayın. Yüksek gerilim ve zemin teller hem sonuna kadar lehim timsah klipleri. Yalıtım platformlar üzerinde yatay olarak çıkıntı yapan yalıtım çubuğu ile stand halkası üzerine bükülmez yalıtıcı malzemeden yapılmış olan bir destek kolunun bir ucu sıkıştırma parçası. Timsah klipleri aşağı yalıtılmış platformları üzerinde çıkıntı yani elektrik bandı, naylon tel bağları, ya da diğer uygun araçlarla birkaç tamamladı birini kullanarak destek kollarına zemin ve yüksek gerilim kablolarını bağlayın. Klip, bir platin elektrot (Şekil 1a, parçasıdır k) Iki timsah klipler her birine. Yüksek gerilim kablosu sabit platformun üzerinde ve topraklama kablosu hareketli platform üzerinde olması, böylece destek kolları yerleştirin. Dikey köprü sistemi (Şekil 1b) Kelepçe 25 mm'lik bir en az yolculuk, böylece doğrusal bir çevrim aşamasına iletken olmayan bağlayınız. Gemi topraklama telinin bağlı olacak (Şekil 1b, bölüm i) tutmak için bu kelepçe kullanın. Bir dikey sert destek yapısına bu düzeneği monte edin. Doğrultusunda ve doğrusal için sahneye destek altında benzer bir iletken olmayan bağlayınız. Yüksek voltaj kablosuna bağlı olacaktır kabı tutmak için bu kelepçe kullanın. "Ölü-sopa" Make (için Şekil 1c bakınız) (Şekil ve örneğin 30-40 cm uzunluğunda, cam ya da plastik bir kol gibi iletken olmayan katı bir malzemeden bir parça elde edilir# 160; 1c, bölüm p). Bir çapraz çizgiler veya başka bir şekilde tespit materyalde uygulanan elektrik bandı (Şekil 1c'de, bölüm R) birkaç paketleriyle çubuğun bir ucuna iletken 10-15 cm uzunluğunda metal (Şekil 1c'de, bölüm k) bir parça takın. Güç kaynağı devresi tasima önce boşaltılan emin olmak için kapatıldıktan sonra, metal ucu ile yüksek gerilim ve toprak elektrotları köprü "ölü-sopa" kullanın. Sıvı Köprülerin 3. Operasyon Yatay Sıvı Köprüler Beher emzik ya da kenarının 1-5 mm dahilinde yüzeyini getirmek için yeterli sıvı ile her bir damarı (Şekil 1a, bölüm i) doldurun. Bu tasvirde kullanılan kaplar (çapı 60 mm) için, sıvı su için 67 g, DMSO için 74 g, ya da gliserol 84.4 g kullanın. Onlar PHYS şekilde yalıtım platformu üzerine 2 damarları yerleştirinically gibi fışkırtır gibi tek bir yerde birbirlerine temas ama düz duvar jant de çalışacaktır. Sadece sıvı platin elektrot değil timsah klibi veya tel irtibata geçecektir böylece platform yükseklikleri ayarlayın. Çıkan köprü yatay seviyede olacak şekilde, dikey hizalama dikkat edin. Bu köprü oluşturacak temas konumundan 15 mm'lik bir böylece sıvı dolu kaplar içine platin elektrotları yerleştirin. Not: Genellikle elektrodlar teknenin merkezi ve gemiler iki temas yerden uzağa duvar arasına yerleştirilir. Dikey Sıvı Köprüler Şekil 1b i parçası gösterildiği gibi bir sıvı portu ile iki temiz, kapalı kapları kullanın. Sıkışmış hava kabarcıkları vardır, böylece çalışmanın altında sıvı ile her bir damarı doldurun. Her bir teknenin içine bir elektrot (Şekil 1b, parça k) yerleştirin ve kapatın cap yerinde tutmak için sıvı. Açıklıklar birbirine doğru işaret öyle ki (2.2 bakınız) iletken olmayan kelepçe içine iki kapalı damarları monte edin. Kavisli bir sıvı yüzey, cam ağız birkaç milimetre üzerinde çıkıntı yapacak şekilde, alt tüpün ağzına sıvı birkaç damla ekleyin. Sadece iletişim alt bir küçük kılcal köprüsü oluşturan, böylece aşağı doğru üst tekne getirin. Alt kabın (sabit) bir elektrot ucu ve üst (çeviri) kabına zemine olan güç kaynağı, yüksek voltaj çıkışı (Şekil 1b, kısım m) takın. Yüksek Gerilim İşlemleri Genel Hususlar Hiçbir sıvı havuzları, sinema, ya da damlacıklar yalıtım platformlarda mevcut tüm yüzeyler kuru olduğunu onaylamak ve daha fazla ilerlemeden önce. Deney güç uygulamadan önce herhangi bir kısa devre olduğunu teyit ve hiçbir zemin p olduğunupersonel veya ekipman enerji yüzeyleri ile temas neden olabilir ATHS mevcut. Tüm prosedürleri takip ve yüksek gerilim güç kaynağı üreticisi tarafından yayınlanan uyarıları gözlemlemek emin olun. Şüpheniz kalifiye elektrik güvenlik personelinin danışın. Gücünü uygulayarak önce güç kaynağının kutuplarını (seçilebilir) kurun. Bu daha kararlı bir köprü içerir Tipik olarak, pozitif gerilim polaritesini kullanın. Not: negatif kutup, elektronları batan yerine kaynak nedeniyle fonksiyonel farkı için kullanılabilir, ancak her iki eğilimi önemli ölçüde dielektrik sıvı 48 ve fiziksel özelliklerini etkiler belirgin bir uzay yükü etkileri elde etmek ve deneme alanında lokal yük yoğunluğunu etkiler edilebilir yüksek potansiyeller altında aşırı yük olarak yalıtkan destek yapıları çevreleyen üzerine püskürtülür. Akım fazla 5-6 den mA sağlayacak şekilde güç kaynağındaki akım sınırı açın. </ Li> Rampa veya adım – uygulanabilir iki gerilim profillerden birini seçin. Birinci başlangıç ve sıvının performans özellikleri henüz bilinmemektedir zaman, bir voltaj rampası kullanın. 0 kV sağlamak için güç kaynağı voltaj sınırı aşağı çevirin. Güç kaynağı çıkışını etkinleştirin ve yavaş yavaş yaklaşık 250 V / sn hızında voltaj sınırı artmaya başlar. Köprüsü meydana geldiği ateşleme voltajı dikkat edin, bu yaklaşık ateşleme eşik voltajı (V t). Sisteme hızlı voltaj uygulamak için bir voltaj adımı kullanır. (3.3.2.1.3 bakınız) çalışma kapsamında sıvı sistemi için gerilim rampası ile belirlenmiştir kontak eşiğinin üzerinde istenen değere güç kaynağı voltajı limiti ayarlayın. Güç kaynağı çıkışını etkinleştirin. Bir voltaj adımını, ark veya damlacıkların ejeksiyon neden olabilir ve çok sayıda kendiliğinden gerektirebilir: NOTsabit bir köprü oluşmadan önce conds. Birkaç saniyeden fazla devam etmesine izin eğer Ark artan sıvı iletkenliği sonuçlanan ozon ve peroksit üretecek. Bu ark bir sorun olup olmadığını taze malzeme ile sıvıyı yerine tavsiye edilir. Kontağı aşağıdaki köprüyü stabilize. Iki damar arasındaki sıvı akışı gözlemleyerek köprü ateşlemeyi onaylayın. Not: Bu, 8-10 kV arasında, tipik olarak ortaya çıkar ve kullanılan sıvı bağlı olarak 250-500 uA arasındaki akım iletimini eşlik edecektir. Dinle akım tüketimi ~ 1.000 uA ile 10-15 kV gerilimi artırarak uzantısı için köprü. NOT: gerçek değeri kullanılan sıvı bağlıdır. Yaklaşık 1 mm başına 1 kV bir mesafeye köprü uzatın 15 kV için, örneğin 15 mm gerilim uygulanır. Gerekli ayar durumunda köprü, ayrıca deney gereksinimlerine bağlı olarak değişebilir. NOT: Stabil bir köprü can kaç saat var. Kapatma İşlemleri Yüksek gerilim güç kaynağı üzerinde çıkışını devre dışı bırakarak köprü söndürün. Güç kaynağı kapasitörler deşarj ve gerilim okuma sıfıra düşmesi için birkaç saniye bekleyin. Kısa önceden enerjili parça taşıma öncesinde elektrot tutucu bölümünde 1.3 inşa "ölü-sopa" kullanın. 4. Görüntüleme Fringe Projeksiyon Şeffaf film üzerine siyah çizgili yazdırarak bir ikili saçak tabak hazırlayın ve yanardöner difüzör ekran bu yapıştırmayın. Bu Örneğin, bir A4 (yani 297 mm x 210 mm) saçak plakası kullanabilirsiniz. Saçaklar tüm deneysel set-up yansıtılıyor böylece arka ışık önünde saçak plaka koyun. Tutanak ya hala görüntüleri veya dijital kameralar herhangi bir numarayı kullanarak saçak deseni filmleri. Parça değişiklikleri in, sıvı yüzeyi hem de 4.1.3 kaydedilen görüntüleri analiz ederek subtending sıvının optik yol uzunluğu değişir. NOT: gözlenen değişikliklerin kantitatif analizi gibi serbestçe kullanılabilir IDEA programı 49 gibi çeşitli yazılım paketleri kullanılarak saçak değerlendirilmesi ile yapılır. Belirli ayrıntıları ve saçak analiz düşünceler başka 49-51 kaplıdır. Termografik Görüntüleme Üreticinin talimatlarına göre termografik kameranın dinamik aralığı ayarlayın. Not: Genellikle, iki noktalı bir kalibrasyon beklenen sıcaklık aralığını kapsamına almaktadır İyi ısı çözünürlüğü sağlamak için yeterlidir. En çok sıvı köprülerin 20-50 ° C bir sıcaklık aralığında çalışır. Deney için uygun sıcaklıklarda incelenen bir sıvı hacminin açık yüzey görüntüleme tarafından yayma düzeltme ve sıcaklık kalibrasyon yapın. Özdeş bir gemi doldurunbu, oda sıcaklığında çalışılan sıvı ile deney düzeneği olarak kullanılır. Böyle bir K tipi bir termokupl gibi daldırma thermoprobe kullanarak sıvının sıcaklığını ölçer. Kızılötesi içindeki sıvının bir görüntü kaydedilir. Sıcak bir levha veya mikrodalga kullanılarak da köprü beklenen sıcaklıklara sıvının sıcaklığını yükseltir. Not: Bu, sıvının kaynama noktasının altında, tipik olarak en fazla 10 ° C (örneğin, su, 90 ° C). Tekrar 4.2.2.2 ve yükseltilmiş sıcaklık sıvı 4.2.2.3 yineleyin. Kaydedilen yüzey alanını en üst düzeye çıkarmak için hafifçe dikey köprü ile yatay bir köprü ve seviyesinden kamera yerleştirin. NOT: nedeniyle orta güçlü emilimi ve en polar sıvılar ile kızılötesi radyasyon dalga, uzun, sadece yüzey sıcaklığı dağılımı görünür olacaktır. Başlayan köprü sistemi Record kızılötesi önce po çıkışları sağlayan etmekwer arz ve deney sonucuna veya kamera tamponu dolu olduğu kadar, devam.

Representative Results

Elektrohidrodinamik sıvı köprülerin üç özellikle kılcal sıvı köprülerden farklıdır: 1) akışı, 2) uzayabilirlik, 3) ısı emisyon; Bir karşılaştırma Önceki voltaj küçük kılcal köprülerin uygulamasına., Şekil 2'de gösterilen sıvı seviyesi daha da yatay konfigürasyonda ağızlı olduğu zaman, genellikle iki kap arasındaki gözlemlenebilir edilir. Ayırma mesafesi birkaç milimetreden daha az olduğunda onlar dikey yapılandırmada kaçınılmazdır. Gerilim bir rampa veya adım (protokolünde 3.4.2.2) (bkz: protokolünde 3.4.2.1 bakınız) ya da uygulanabilir. Eşik değerinin (V t) bir EHD köprü üretmek olmaz ama böyle sıvı hacmi genişlemesi gibi diğer bazı olayları tetikleyebilir aşağıda Gerilimler (Şekil 4), sıvı elektrot temas hattının yukarı doğru hareketi (Şekil 5) sıvı, rotasyon ve sirkülasyon toplu (Şekil 6), electrospraying ve jet formasyonu (Şekil 7). Vt araştırma altındaki izolasyon sıvısı bir özelliğidir, konsantrasyon ve bileşenlerin türü mevcut yanı sıra, koruyucu bir atmosfer kullanılmaktadır. Ateşleme için eşik, aynı zamanda kap ayrılması bir fonksiyonudur. Köprü ateşleme birçok milimetre ayrımları ile mümkün olmakla beraber, uygulanan gerilim daha yüksek olması ve stabil bir sıvı bağlantısı oluşturulur önce daha uzun bir süre hareketsiz daha şiddetli electrospraying ile gözlenebilir. Örneğin, içi su dolu bir rezervuar, 5 mm, 17-20 kV ve daha yüksek Vt artışlar ile ayrılır. Vt ark kontağı ve Marks ve püskürtme oluşan bir kombinasyon aşıldığında (Şekil 8a, 9a) ince bir köprü çapı <1 mm oluşumu ve hemen ardından. köprü kurulduğunda akım (9b, Şekil 8b) şişmesi ardından akacakkoşullara bağlı olarak, çap: 3-5 mm. sıvıların çok şişme kontaktan bugüne kadar zaman olarak ele 10-500 ms arasındadır büyük ölçüde, uygulanan gerilim, aralarındaki mesafe, viskozite sıvı 8,22,37 bir fonksiyonudur. yatay köprüler akış yönünde, belirli koşullarına bağlıdır. yüksek voltaj polarite pozitif ise, tipik net akışının katot doğru anottan çalışır. uzantısı (Şekil 8c) üzerine çapı 1-10 hz arasındaki düşük frekanslarda genellikle dalgalanma olacak. frekanslı salınımlar da oluşabilir yüzey dalgaları gibi görebilir. lütfen ikili yan deseni ile aydınlatıldığında, optik aktif yoğunluk vücutta sistemin tepki işlevi, likid sistemdeki hem de güç kaynağı iki özelliğin her ikisine dikey saat birçok açıdan benzerorizontal olanlar; ancak, bu güçlü kütle kanıt göstermediği abartılı amfora şekle sahip. uzayabilirlik 9c) silindir şeklinde sütunda sürüş gerilim yaşanmasına neden olur su (örneğin, 1.25 > Köprü ayrılık yolların bir numara ile oluşabilir. Köprü çalışma gerilimi için fazla uzatılırsa, ya zaman ya da bir uygulanan voltaj belirli bir uzunlukta bir köprü korumak için gerekli olan değerin altına düştüğü zaman electrogravitational numarası tarafından tahmin edildiği gibi bu muhtemelen gerçekleşir. Kritik bir değerine ulaşıldığında ve Yayla-Rayleigh istikrarsızlıklar göç edecek damlacıkların bir dizeye ligand benzeri köprü (Şekil 8e, 9e) bozabilir kadar ayrılık genellikle çapı azalması (Şekil 8d, 9d) üzerinden devam edecektir elektrik alan. Köprü çaplı yüksek kütle ve su aşağıya doğru bir jet ile sonuçlanan çok büyük olduğunda, tipik olarak sadece yatay konfigürasyonda bulunan köprü bozulma diğer bir şekli, meydana gelir. Bu davranış, köprünün tekrar damlacıklar olarak kararsız sebep olabilecek bir "sallanma" etkinin üretilmesi köprünün salınımlarına neden olabilir. Büyük çaplı bridGES bağlı bir taşma ile sonuçlanan tek yönlü akışı için bir kapta fazla hidrostatik tepe basıncının sonucu olarak oluşabilir; alternatif çok geniş bir köprüyü ya da "su otoyol" üretecek sadece küçük ayrımı yüksek değerlere gerilimi arttırır. Bu büyük çaplı köprüler de aşağı yerçekimi altında düşer büyük bir damlacık içine çöken ile başarısız olabilir. EHD sıvı köprü deneyleri için Şekil 1. Temel ekipman. EHD sıvı köprülerin oluşturulması için tipik (a) Yatay ve dikey (b) deneysel sisteminin şematik gösterimi. Böyle montaj askıları ve elektrot destekleri gibi bazı mekanik detayları netlik açısından ihmal edilmektedir. Zaruri bileşenleri platformu veya mo yalıtım sıvı gemiler (i) olanmiktarlarındaki (j), elektrotlar (k) ve bir yüksek gerilim güç kaynağı (m). Doğrusal çeviri aşamaları bir kez köprü kurulmuş iki gemilerin güvenli ayrılması için tavsiye edilir. Panel (c) 'de gösterilen çubuk ölü olarak iletken olmayan katı bir malzemeden (s), iletken bir metal çubuk (q) bir parça monte edilir ve bir Örme taş külahlı şekilde ya da başka bir tespit malzemesi (r) uygulanan elektrik bant birkaç sarar . Metal uç devre taşıma ekipmanları önce taburcu olduğunu sağlamak için deneyler bittikten sonra iki elektrot arasında kısa oluşturmak için kullanılır. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Kılcal ve EHD su köprülerin 2. Karşılaştırma Şekil.Üç farklı gerilimlerde, (b) 6 kV (c) 4 kV 8 kV (d) Yatay EHD köprüler kolayca açıklığın ortadan ise yatay bir kılcal köprü 1.5 mm (a) küçük bir boşluk yayılabilir. Bir kılcal köprü fıskiyesinde arasında askıya ise EHD köprü fıskiyesinde üzerinden akmasını unutmayın. Aynı şekilde dikey kılcal köprüsü (e) daha dar bir bel (~ 1.5 mm çapında). Vardır ve sadece yaklaşık olarak uzayabilir dikey EHD köprü farklı olarak 3,3 mm uzatılabilir. 4 kV (f) 6 kV (g) ve kılcal köprü olarak, aynı ayrılma mesafesi 8 kV (h) 'de sürülen üç EHD köprüleri gösterilir. Daha yüksek voltaj köprü artan enerji yayılımı sonucu köprü bel çapı, akış hızı ve artan ısıtma artırır. Doğal gaz çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır olarak kabarcık oluşumunda bir artış daha yüksek gerilimlerde görülmektedir. Ölçek çubuğutüm çerçeveler içinde 1 mm. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil, sıvı su köprü 3. Karakteristik eğrileri. 0 ° C'de su sıvı köprüler için akım-voltaj ilişkisi, 5, 10, 15 mm ayırma mesafesi işaretlenir. Hiçbir sıvı köprü oluşturur (sol alt içerlek fotoğrafa bakınız) hangi altında bir alt eşik, ve köprüler kararsız (İçerlek resimleri 1-4) hangi üstünde bir üst eşik istikrar bölgesini bağlı. Bazı ölçülebilir uzantısı (yani ≥ 5 mm) ile en köprüler için toplam güç dağılımı 10 ile 20 watt yatıyor. Üst eşiğin ötesinde bir köprü rüptürü sıklıkla normal işleme ilerleyen bir olaylar dizisini takip edecekiyon (ilave 1), (ilave 4) delinmesine nihayet (İçerlek 3) sarkma, (inset 2) sızıntı, ve. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 4. genleşmesini. Iki geminin tüm sıvı yüzeyi öngörülen ikili saçak deseni yardımıyla uygulanan elektriksel alana tepki olarak yükselmesi görülebilir. Su ile dolu iki teflon beher iki farklı uygulanan gerilimler a) 0 kV ve b) 15 kV bir tahmin saçak deseni ile görüntülenmiş. Öngörülen saçak (panel c) değişiklik IDEA süzülmüş bir Fourier için saçak modülasyon frekansı değişiklikleri dönüşümünü kullanmaktadır 33 yazılımı kullanılarak analiz edilirgöreli yüksekliği yükselişi. Tespit vardiya düzensizlik nedeniyle ayrık kosinüs için öngörülen saçak ve eserler düşük uzaysal frekansa nedeniyle esaslı faz unwrapping dönüşümü yöntemi. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 5. Dielektroforez ve Electrowetting. Potansiyeli yüksek elektrik alanlar için gliserol elektromekanik yanıtı. Iki platin elektrot 0 kV (a) en anhidre gliserol daldırıldı ve 19 kV (b) sıvı güçlü bir yukarı doğru tahrik edilir nasıl değiştiğini göstermektedir. Pellat deneyinin bir modifikasyonu olarak kaldırılmış ses tamamen bir EHD gliserol Bridg elde subtending hazneden atılıriki elektrot arasında düzenlenen E (c). Aynı şekilde, çubuk biçimli elektrotlar (d) temas çizgisi 15 kV (e) 'nin uygulanması ile elektrotu ilerler elektrotlara yükseltilmesi küt konik (f) tarafından üretilen güçlü bir ıslatılabilme gösteren oluşturmak için yukarı doğru sıvı gövdesi çeker durumunda alanlar. Ölçek çubukları 5 mm. Ek videolar S1 (AC) ve S2 (df) alınan Stills. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Kızılötesinde görüntülenmiştir Şekil 6. Sumoto etkisi. Homojen olmayan bir elektrik alanı içinde gliserol bir şekilde bir tasın kızılötesi görüntü dizisi basit bir nokta düzlem elektrot kullanılarak sağlananpanelinde görünür ışık gösterilen sistem: (a). Gücü (19 KV DC), T = 0 saniye uygulanır. Lokal yüzey soğutma noktası elektrot (T = 15 saniye) bu lokal soğutma yüzeyi boyunca yayılır ve anında ilk olarak küçük ve yüzey üzerinde görünür hale için yaklaşık 75 saniye süre gerektiren, bir dönme hareketinin üretilmesini farklılıklarını geliştirir altında meydana gelir. Çerçeveler arasındaki süre 15 saniyedir. Ölçek çubuğu 10 mm'dir. Ek Video S3 Stills. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. 10 mm ayırma mesafesi ile dikey köprü sisteminde Şekil 7. Ön ateşleme soğutma. Üst Taylor konisi ve dikey su köprünün alt sesil damla set-u p bir gerilim rampası sırasında yakın-up gösterilmiştir. Görüntüler uzun dalgalı kızılötesi bölgesindeki ve yüzey emisyonu gösterir. Burada uygulanan voltaj, her iki başlangıç: (a) bir püskürtme ejeksiyon hemen önce (e) altında 1-2 ° C arasında bir sıcaklığa ulaşan en az arttırıldıkça görüntülerden hem sıvı yüzeyler, sabit bir soğutma ve uzama (ad) vardır Üst Taylor koniden. Alt damlacık istikrarlı EHD sıvı köprüsü (g) kurulmuş gibi, emisyon hızla yükselir tahsil jet önceden teper ama hızla kontak (ef) takip katılır. Sıcaklık indirgeme, bir fiber optik termo-prob kullanılarak teyit edildi. Alt sesil damlacık olduğunu ~ 2 ° C daha önceden nedeniyle operasyona üst konisi daha sıcak; genellikle yüksek gerilim gemi biraz daha yüksek sıcaklık elde edecektir. Ek videolar S4 (üst koni) ve S5 (alt damlacık) den Stills./ 51819 / 51819fig7highres.jpg "target =" _blank "upload> Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Nesli için kontağı bir yatay su köprünün Şekil 8. Termografik görüntüler. Kompozit orta dalga (3,7-5,0 mikron) ve uzun dalga (8,0-9,4 mikron) için gösterilen sıvı yatay köprüler için operasyonel aşamalarını karakterize kızılötesi görüntüler Temsilcisi serisi su: (a) ateşleme, (b) genişleme, (c) uzantısı, (d) stabilizasyon, (e) ayrılık. Bu görüntü sırası köprü sisteme güç kaldırarak söndürüldü. Ek Video S6 gelen Stills. bir görmek için buraya tıklayınızBu rakamın büyük bir versiyonu. . Nesli için kontağı bir dikey su köprünün Şekil 9. Termografik görüntüler uzun dalga kızılötesi Temsilcisi serisi dikey sıvı köprüler için operasyonel aşamalarını karakterize (7,5-9,0 mikron) görüntüleri su için gösterilen: (a) ateşleme, (b) genleşme (c), düşük voltaj, (d) ligandı oluşumu, Rayleigh plato değişkenliklerin etkisi altında damlacıklar olarak (e) kırılma. Geçen zaman msn'de gösterilir. Arka plan kontrast damlacık görünümünü geliştirmek için son kare ayarlandı. Ek Video S7 gelen Stills. daha büyük bir Sür görmek için buraya tıklayınızBu rakamın sion. DMSO ve gliserol içinde yatay köprüler Şekil 10. Termografik görüntüler. Dimetilsülfoksit (DMSO) (a) ve gliserol (b) orta dalga (3,7-5,0 mm) ve uzun dalgalı kızılötesi bir bileşik içindeki köprü miktar (8,0-9,4 um). Ek videolar S8 (DMSO) ve S9 (gliserol) Stills. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

Istikrarlı ve sağlam EHD sıvı köprülerin başarılı oluşumu bazı basit ama önemli ayrıntılar ödenecek dikkat gerektirir. Bu çözeltilerin iyonik iletkenlik uygulama (örneğin, 1-5 mS / cm) kadar düşük olması gerekmektedir. Su kirliliği, belirli polar sıvılar (örneğin, gliserol) için artan iletkenlik neden olabilir farkında olun. Yüzey kirlenme veya ark kaynaklı yanık işaretleri ücretsiz züccaciye sadece kullanımı, tüm iyi züccaciye dikkatli durulamaya dikkat yıkayın. Genel olarak deney karışmasını deri yağlarını ve tuzları önlemek için herhangi bir işleme ekipmanı zaman eldiven giymek iyi bir uygulamadır. Elektrotlar üzerinde çalışılan bir çözücü içinde bir kaç dakika için sonike edilmiş olmalıdır ve bu yüksek akım değerleri ile 30-45 dakika süreyle bir uzamama köprü çalıştırarak "izi" (örneğin, 3-5 mA) orta elektrot azaltmak için olması önerilir reaksiyonları. Yüksek saflıkta (örneğin,>% 99.9) Değerli metaller elektrot malzemeleri olarak en iyi şekilde çalışır ve bir lokal ısınmayı azaltmak için 10 A / m? Düşük akım yoğunlukları muhafaza edecek şekilde yeterli yüzey alanına sahip olmalıdır.

Zayıf istikrar var veya başlatmak için zor köprülerin durumunda alternatif akım yolu izin verebilirsiniz sıvı hiçbir yabancı havuzları vardır o ilk iletkenliği ~ 1 us / cm onaylamak için tavsiye edilir. Genelde tüm yüzeyler mümkün olduğunca kuru olması damarları ve yalıtım levhaları arasında oluşabilir ince filmler, özel bir dikkat önerilir. Ark kesme gücü oluşur ve voltaj değerini düşürmek ise sürekli ark köprü istikrarı azaltmak ya da hep birlikte köprü ateşlemeyi engelleyebilir etkilenen alanların "karbonizasyon" neden olur gücü yeniden uygulayın. Güç eşik geriliminin üzerinde sistemi ve herhangi bir köprü oluşturur uygulanırsa, izolasyonlu bir cam çubuk th doğru yukarı doğru sıvı çekilmesi için kullanılabiliriki damar arasındaki E irtibat noktaları (örneğin, beher bardak uçları). Sistemi davranmaya devam ederse istikrarsız bir moda ekipmanları temizlemek ve taze sıvı ile tekrar başlatın. Bu başarısız, büyük metal nesneler, köprü ve / veya onu destekleyen elektrik alanını bozabilir statik yük, ya da güçlü hava akımları desteklemek malzeme olarak çevre envanterini almak için tavsiye edilir.

Deney sistemi kolaylıkla en laboratuarlarında yaygın olarak kullanılan malzemeler uygun şekilde modifiye edilir. Sıvı konteyner hemen hemen herhangi bir uygun malzeme ve özel dikkat da kabın ya da elektrik arkı durumunda sıvı fazının yanıcılığı dikkat edilmelidir arasında olabilir; yakıldığında örneğin teflon zararlı gazlar oluşturur. Elektrot şekli, yerleştirme ve malzeme de belirli bir set-up kısıtlamaları uyacak şekilde değiştirilebilir. Folyodan imal Tipik haliyle düzlemsel bir elektrot kullanılır fakat tel de akım yoğunluğu kılavuzlar sürece kullanılabilir dikkate alınır. Uygulanan elektrik alanı, saf DC saf AC olabilir, AC veya DC bastırılmaktadır. Tüm 20 Hz arasında ve orta gerilimler için 20 kHz kadar bir tepki frekans aralığını tanımlamak dielektrik (EWOD) üzerine electrowetting üzerine literatürde tarif sıvılar ve dielektroforez (DEP) ⁹ frekans bağımlı yanıt aralığında sıvı köprüler üretecek. Bu açıkça test edilmemiştir ve bazı işçiler 50 Hz ⁴² olmak AC dikey köprüler için alt limiti bildirilmesine rağmen yüksek frekans aralıkları da köprüler oluşturabilir. Yerçekimi Yönlendirme kolayca sürece bir sistem uygulanan bir elektrik alanı olmadan stabil olan sıvı yüzeyleri sağlamak üzere tasarlanabilir olarak modifiye edilir. Deneyler, bu köprü bir sıvı köprü güçler hassas bir dengeyi korur yerçekimi stabilize edici etkisi üzerinde bir bağımlılığı sahip olduğunu göstermiştir yerçekimi ⁴¹ yokluğunda gerçekleştirilmiştir.

ent "> EHD sıvı köprüler birçok doğal bilim uygulamaları repertuarına eklenebilir yeni bir araçtır. Onlar dışarıdan uygulanan elektrik alanlar ile toplu ve yüzey güçlerin etkileşimi keşif izin. Onlar yeni araçları incelemek için fırsat açın Değişik sıvılar ³⁷ karıştırılması; değişen kimyasal reaksiyon kinetiği ⁵² proton nakliye ^44,45 ve ^53, bu koşullar biyolojik sistemlerin tepkisini incelemek ilave olarak, bu köprüler, daha önce yeni vermiştir herhangi bir fiziksel olarak subtending bir yapı olmaksızın, sıvı yüzeyine doğrudan erişim sağlar. sıvı su ²⁸ dinamiklerine spektroskopik bilgi ve sadece yeni bir toplu özellikler tamamen yeni bir yöntem ile sıvı-sıvı faz geçişleri ⁵⁴ incelemek için ³¹ ortaya ama potansiyelinde, burada, elektriksel olarak kontrol edilen durum şalterinin varlığına. yaygın endüstriyel uygulamayı ima EHD işlemlerin (örneğin, </e> m, bu yakından müttefik olayların daha fazla çalışma yararlanabilir kesinlikle) ²⁶ electrospinning ve ^32,33 yöntemleri elektrospreyi.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Wetsus, sürdürülebilir su teknolojisi (www.wetsus.nl) için mükemmellik merkezi TTIW-işbirliği çerçevesinde gerçekleştirildi. Wetsus Ekonomik İşler, Avrupa Birliği Bölgesel Kalkınma Fonu, Fryslân İl, Leeuwarden Şehir ve 'Samenwerkingsverband Noord-Nederland EZ / Kompas programı "Hollandalı Bakanlığı tarafından finanse edilmektedir. Yazarlar verimli tartışmalar ve mali destek için araştırma tema "Uygulamalı Su Fizik" katılımcıları teşekkür.

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Borosilicate Crystallization Dishes	VWR	216-0064
Double walled roundbottom flask with GL14 and GL8 openings along with 6mm spherical joint port	LGS	SP757102a	Custom glassware with minimum two openings one for electrode, one for bridge spout.
Adjustable Platforms	Rudolf Grauer AG	Swiss Boy 115
Motion Translation Stage	Thorlabs	MTS25/M-Z8E	Complete motorized stage, controller, and power supply
Insulating Plates			Should be appropriate for resisting the intended voltages without breakdown
Pt Electrodes	Alfa-Aesar	000261	Wash and then sonicate in 18.2 MOhm water prior to use
HVPS	FUG GmbH	HCP 350-65000	65 kVDC @ 5mA maximum output
Fiber Optic Temperature Probe System	OpSens	OTG-F Sensor/ XXX-XXX Control Unit	Readout speed 1 kHz, accuracy 0.01K, probe size 120 um
Long Wave Infrared Camera	IRCAM GmBH	Taurus 110K L	168 FPS 384×288 Sensitivity <30mK
Long Wave Infrared Camera	FLIR	FLIR 620	30 FPS 640×480 pixel Sensitivity to <45mK
Dual Band Mid- and Long-Wave Infrared Camera	IRCAM GmBH	Geminis 110k ML
Digital Camera	Canon	550D	Used for both video and still frames
Tripod	Manfrotto	475B/405
18.2 MOhm Water	Milli-Q	Advantage	Allow 24 hours to equilibrate after dispensing into clear borosilicate bottles
Methanol dehydrated with less than 0,0050% water AnalaR NORMAPUR	VWR-BDH	20856.296	Keep dry until needed;
Glycerol anhydrous for synthesis	VWR – Merck Millipore	8.18709.1000	Keep dry until needed
Dimethylsulfoxide, ACS Grade	VWR-BDH	BDH1115-1LP	Keep dry until needed

Referências

Hertz, H. R. . Leiter Wied Ann. 13, 266-275 .
Quincke, G. . Electrische Untersuchungen. 255, 705-782 (1883).
Armstrong, L. W. Electrical phenomena. The Electrical Engineer. 10, 154-155 (1893).
Fuchs, E. C., Woisetschläger, J., Gatterer, K., Maier, E., Pecnik, R., Holler, G., Eisenkölbl, H. The floating water bridge. J Phys-D-Appl Phys. 40, 6112-6114 (2007).
Fuchs, E. C., Gatterer, K., Holler, G., Woisetschläger, J. Dynamics of the floating water bridge. J Phys-D-Appl Phys. 41, 185502-185507 (2008).
Pellat, M. H. . C R Acad Sci Paris. 123, 691-696 .
Jones, T. B. An electromechanical interpretation of electrowetting. J Micromech Microeng. 15, 1184-1187 (2005).
Saija, F., et al. Communication an extended model of liquid bridging. J Chem Phys. 133, 081104 (2010).
Wang, K. L., Jones, T. B. Frequency Dependent Electromechanics of Aqueous Liquids Electrowetting and Dielectrophoresis. Langmuir. 20, 2813-2818 (2004).
Collins, R. T., Jones, J. J., Harris, M. T., Basaran, O. A. Electrohydrodynamic tip streaming and emission of charged drops from liquid cones. Nat Phys. 4, 149-154 (2008).
Cloupeau, M., Foch, B. P. Electrohydrodynamic Spraying Functioning Modes A Critical Review. Journal of Aerosol Science. 25 (6), 1021-1036 (1994).
Sumoto, I. An interesting phenomenon observed on some dielectrics. J Phys Soc Jpn. 10 (6), 494 (1955).
Okano, K. On the rotatory motion of dielectrics in static electric field. J J App Phys. 4 (4), 292-296 (1965).
Pickard, W. F. Experimental Investigation of the Sumoto Effect. J Appl Phys. 32, 1888-1893 (1961).
Pickard, W. F. Electrical Force Effects in Dielectric Liquids. Prog Dielectrics. 6, 1-39 (1965).
Mirza, J. S. Sumoto effect under transient conditions. Jpn J Appl Phys. 19, 1297-1300 (1980).
Pellat, M. H. . CR Seances Acad Sci (Paris). 119, 675-678 (1894).
Melcher, J. R., Taylor, G. I. Electrohydrodynamics A Review of the role of interfacial shear stresses. Annu Rev Fluid Mech. 1, 111-146 (1969).
Melcher, J. R. . Continuum Electromechanics. , (1981).
Druzgalski, C. L., Andersen, M. B., Mani, A. A Direct numerical simulation of electroconvective instability and hydrodynamic chaos near an ion-selective surface. Phys Fluids. 25, 110804 (2013).
Melcher, J. R. . A tutorial on induced electrohydrodynamic forces. , (1968).
Woisetschläger, J., Wexler, A. D., Holler, G., Eisenhut, M., Gatterer, K., Fuchs, E. C. Horizontal bridges in polar dielectric liquids. Exp Fluids. 52, 193-205 (2012).
Galliker, J., Schneider, H., Eghlidi, S., Kress, V. . S. a. n. d. o. g. h. d. a. r., Poulikakos, D. Direct printing of nanostructures by electrostatic autofocussing of ink nanodroplets. Nature Communications. 3, (2012).
Fuller, S. B., Wilhelm, E. J., Jacobson, J. M. Ink jet printed nanoparticle microelectromechanical systems. J Microelectromech Syst. 11, 54-60 (2002).
Sutanto, E., Shigeta, K., Kim, Y. K., Graf, P. G., Hoelzle, D. J., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. A. A multimaterial electrohydrodynamic jet (E-jet) printing system. J Micromech Microeng. 22, 045008 (2012).
Tao, W. E., Inai, R., Ramakrishna, S. Technological advances in electrospinning of nanofibers. Sci Technol Adv Mater. 12, 013002 (2011).
Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. Electrohydrodynamic Drop-on-Demand Patterning in Pulsed Cone-Jet Mode at Various Frequencies. J of Aero Sci. 39, 819-825 (2008).
Chung, H. J., Xie, X. N., Sow, C. H., Bettiol, A. A., Wee, A. T. S. Polymeric conical structure formation by probe-induced electrohydrodynamical nanofluidic motion. Appl Phys Lett. 88, 023116 (2006).
Hwang, T. H., Kim, J. B., Yang, D. S., Park, Y. -. I., Ryu, W. H. Targeted electrohydrodynamic printing for micro-reservoir drug delivery systems. J Micromech Microeng. 23, 035012 (2013).
Sill, T. J., von Recum, H. A. Electrospinning Applications in drug delivery and tissue engineering. Biomat. 29, 1989-2006 (2008).
Zeng, J., Korsmeyera, T. Principles of droplet electrohydrodynamics for lab on a chip. Lab Chip. 4, 265-277 (2004).
Enayati, M., Chang, M. W., Bragman, F., Edirisinghe, M., Stride, E. In Colloids and Surfaces A-physicochemical and Engineering Aspects. Electrohydrodynamic preparation of particles, capsules and bubbles for biomedical engineering applications. , 154-164 (2011).
Agostinho, L. L. F., Brouwer, S., Yurteri, C. U., Fuchs, E. C., Marijnissen, J. C. M. Insulated multinozzle system for electrohydrodynamic atomization in the simple-jet mode. Appl Phys Lett. 102, 194103 (2013).
Feynman, R. P. . Feynman Lectures on Physics. Volume II Mainly Electromagnetism and Matter, (1964).
Zhang, X., Zahn, M. . K. e. r. r. electro-optic field mapping study of the effect of charge injection on the impulse breakdown strength of transformer oil. Appl Phys Lett. 103, 162906 (2013).
Widom, A., Swain, J., Silverberg, J., Sivasubramanian, S., Srivastava, Y. N. Theory of the Maxwell pressure tensor and the tension in a water bridge. Phys Rev E. 80, 016301 (2009).
Marín, A. G., Lohse, D. Building water bridges in air; electrohydrodynamics of the floating water bridge. Phys Fluids. 22, 122104 (2010).
Morawetz, K. Theory of water and charged liquid bridges. Phys Rev E. 86 (2), 026302-026310 (2012).
Onsager, L. Deviations from Ohm’s law in weak electrolytes. J Chem Phy. 2 (9), 599-615 (1934).
Nishiumi, H., Honda, F. Effects of Electrolyte on Floating Water. Res Let Phys Chem. 2009, 371650 (2009).
Fuchs, E. C., Agostinho, L. L. F., Wexler, A., Wagterveld, R. M., Tuinstra, J., Woisetschläger, J. The behavior of a floating water bridge under reduced gravity conditions. J Phys D Appl Phys. 44, 025501-025508 (2011).
Ponterio, R. C., Pochylski, M., Aliotta, F., Vasi, C., Fontanella, M. E., Saija, F. Raman scattering measurements on a floating water bridge. J Phys D Appl Phys. 43, 175405-175412 (2010).
Piatkowski, L., Wexler, A. D., Fuchs, E. C., Schoenmakera, H., Bakker, H. J. Ultrafast vibrational energy relaxation of the water bridge. PCCP. 14, 6160-6164 (2012).
Fuchs, E. C., Cherukupally, A., Paulitsch Fuchs, A. H., Agostinho, L. L. F., Wexler, A. D., Woisetschläger, J., Freund, F. T. Investigation of the Mid-Infrared Emission of a Floating Water Bridge. J Phys D Appl Phys. 45, 475401 (2012).
Oshurko, V. B., Ropyanoi, A. A., Fedorov, A. N., Fedosov, M. V., Shelaeva, N. A. Spectrum of OH stretching vibrations of water in a “floating” water bridge. J Tech Phys. 57 (11), 1589-1592 (2012).
Fuchs, E. C., Bitschnau, B., Di Fonzo, S., Gessini, A., Woisetschläger, J., Bencivenga, F. Inelastic UV Scattering in a Floating Water Bridge. J Phys Sc Appl. 1, 135-147 (2011).
Skinner, L. B., Benmore, C. J., Shyam, B., Weber, J. K. R., Parise, J. B. Structure of the floating water bridge and water in an electric field. PNAS. 109, (2012).
Kaneko, K. Effect of space charge on the breakdown strength under polarity reversal. Elec Eng Jap. 106, 3 (1986).
Hipp, M., Woisetschläger, J., Reiterer, P., Neger, T. Digital evaluation of interferograms. Measurement. 36, 53-66 (2004).
Kreis, T. . Handbook of Holographic Interferometry Optical and Digital Methods. , 554 (2004).
Eisenhut, M., Guo, X., Paulitsch Fuchs, A. H., Fuchs, E. C. Aqueous Phenol and Ethylene Glycol Solutions in Electrohydrodynamic Liquid Bridging. Cent Eur J Chem. 9 (3), 391-403 (2011).
Paulitsch Fuchs, A. H., et al. Prokaryotic transport in electrohydrodynamic structures. Phys Biol. 9, 026006-026016 (2012).
Stanley, H. E., Haug, R., et al. Advances in Solid State. Liquid Polyamorphism and the Anomalous Behavior of Water. 48, 249-266 (2009).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citar este artigo

Wexler, A. D., López Sáenz, M., Schreer, O., Woisetschläger, J., Fuchs, E. C. The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids. J. Vis. Exp. (91), e51819, doi:10.3791/51819 (2014).