電解質水溶液中に流れる電気流体力学の発生と制御

最近では、液体フロー制御技術は、マイクロ ・ ナノ デバイス^1,2,3,4,5,のアプリケーションの関心のため注目をされています。^{6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}. 水溶液とイオン液体など、極のソリューションではイオンと電気的荷電粒子通常液体流れの電気料金についてもたらします。このような偏波の粒子の輸送分子操作^{6,10、11,13,14}などの様々 なアプリケーションの拡張を提供します。^,15,16,17、イオン ダイオード デバイス^12,18、および液体の流れは、^19,20,21,22を制御します。Stuetzer^1,2イオン ドラッグ ポンプの発明以来、EHD 流れは液体フロー制御システムの該当する現象をされています。メルヒャーとテイラーの³は、EHD 流れの理論的枠組みが見直されているし、いくつかの優れた実験を示したも重要な記事を掲載しました。サヴィル⁴と彼の同僚の^23,24 EHD 液体技術の次の展開に貢献。しかし、数十 kV の^1,2を分極しなさいそれらに油などの非極性ソリューションで電荷を注入する液体に適用されるため、電気の力によって駆動される液体の流れを誘導するいくつかの制限があった^,3. 1.23 V よりも高い電位による水の電気分解のソリューションの特性を変更して、ソリューションが不安定になりますので、これは水溶液の欠点。

マイクロ ・ (4) ナノフルイディック チャネル チャネルの壁の表面電荷を引き起こす外部電界^{25,26,27 電気浸透流 (プロット) を効果的に誘発するポリマー濃度 ,,2829}。プロットを使用して、いくつかの液体ポンプ技術は、水溶液、電気電圧^30,31,32を減らすことで適用されています。その一方で、で張らはマイクロ ・ ナノ表面領域なる液体の量をより優位に生成されているに制限されます。さらに、壁の表面に非常に近い高濃度のイオンのトランスポートに応じてなど電気二重層ですべり境界のみ発生圧力勾配^7,を作るのに十分ではないかもしれない液体の流れ^8,22,26,27。 大丈夫、チャンネルの寸法や塩濃度などのチューニングは EOF のアプリケーションに必要です。対照的に、EHD 流れ力が溶剤を低下を避けるためにアプリケーション電圧が可能になる場合、固まりおよびエネルギーを輸送できるよう体で駆動。最近では、一部の研究者は、低電圧^33,34,35,36EHD 流れのアプリケーションを示唆しています。これらの技術はまだ実装されていないが、フロンティアは拡大が見込まれます。

以前の研究で水溶液^37,38,39,40の EHD 流れに関する実験的・理論的作業を実施しました。それは、イオン輸送経路の整流は電界下電気体力を引き起こす電気的荷電のソリューションを生成する有効であるはずだった。イオン交換膜と膜を交差流路を用いたイオン電流を是正することができました。流れに集中している陽イオン、陰イオン交換膜を適用すると、チャネル、溶剤をドラッグし、EHD 流れ^37,38,39を開発しました。イオンの移動度の違い陽イオンと陰イオンの電流を分離するとき重要な要因であった。イオン交換膜は、イオン選択性によりモビリティを調節するため効果的に働いた。イオン輸送現象もイオン電流密度電界⁴¹によって影響の観点から検討しました。これらの研究は、単一分子、すなわち、マイクロと、モーションの影響熱的ゆらぎ^11,16,17^{ナノ粒子開発の操作テクニックに実りされています。}.で張らと EHD 流れは、圧力勾配と同様に正確なフロー制御方法のさまざまなを展開する予定です。

本研究では水溶液中の EHD 流れにドライブする 2 つの方法を紹介します。まず、作動流体の NaOH 溶液を使用して、EHD 流れ^37,38,39を駆動します。陰イオン交換膜は、液体を 2 つの部分に分割します。1 × 1 mm の断面積と長さ 3 mm のポリジメチルシロキサン (PDMS) の流路は、膜を貫通します。2.2 V の電位を適用すると、OH⁻イオン、H⁺、ナ⁺の電気泳動の輸送は、電界に沿って誘導されます。陰イオン交換膜と流路は効果的に陰イオンが膜を通過支配的、両方の種は通常反対の方向で移動が流路の陽イオンを集中、イオン輸送経路を分離する作業します。電気的中性を維持します。したがって、このような状態では、液体の流れの原動力は発生しません。この構造は、1 mm 程度の流れの速度に達すると EHD 流動を生成することが重要/チャネルのため、外部の電場によって加速された陽イオンを高濃度ドラッグ溶媒分子。EHD 流れの観察を行い、図 1に示すように、顕微鏡と高速カメラを使用して記録します。第二に、イオン交換膜で区切られた 2 つの液相の濃度差によって生成される電気分極状態イオン交換膜⁴⁰を横断します。本研究では、液体中の物体力に適用することが望ましい状況が発生イオン分布と対応する電位の平衡にかなり待っている時間の重要性を見つけます。イオン交換膜を横断、弱く偏光状態が実現されます。このような状態で外部から電界誘導方向イオン輸送液体に体の力を生成して溶媒にイオンから運動量輸送が EHD 流れを開発してその結果。

前述のように、現在のデバイス成功数ボルトの電圧差を大幅に減少し、このメソッドは、水溶液、使用できますが、従来の電荷注入法必要数十 kV と非水溶液への適用に限定されます。