Name: the preparation of electrohydrodynamic bridges from polar dielectric liquids
Uploaded: 2014-09-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids at JoVE.com

עבודה זו בוצעה במסגרת TTIW-שיתוף הפעולה של Wetsus, מרכז מצוינות לטכנולוגיה בת קיימא מים (www.wetsus.nl). Wetsus ממומן על ידי המשרד ההולנדי לעניינים, האיחוד האירופי לפיתוח האזורי הקרן, מחוז Fryslân, עיר Leeuwarden ותכנית EZ / Kompas של &#39;Samenwerkingsverband Noord-Nederland &quot;כלכליים. המחברים מודים למשתתפים של נושא המחקר &quot;פיסיקה יישומית מים&quot; לדיונים פוריים והתמיכה הכספית שלהם.

.1 המלצות כלליות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללבוש כפפות חד פעמיות, ללא אבקה לאורך ההגדרה של הניסוי על מנת למנוע זיהום על ידי זיעה או שמן מהידיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לנקות את כל כלי הזכוכית, אלקטרודות וכל חלקים אחרים שקשר עם הנוזל תחת מחקר, תשומת לב מיוחדת למניעת כניסתה של מזהמים שיכולים להתמוסס בשלב הנוזלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מד מוליכות, למדוד את מוליכות החשמלית של הנוזל שישמש בניסוי ולאשר שזה ≤1 מייקרו-שני / סנטימטר. </li></ol> .2 הגדרת ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערכת גשר אופקית (איור 1 א) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח זוג פלטפורמות גובה מתכוונן על משטח שאינו ניצוח רמה. תקן את הפלטפורמה אחת במקום והר הפלטפורמה אחרת על במה תרגום ליניארי ממונעת שיש לו נסיעה מינימאלית של 25 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צלחות בידוד מאובטחים (איור 1 א, j חלק) לthמשטח עליון דואר של הפלטפורמות להתאמה. שימוש בידוד צלחות שמעל בגודל, כך שהם תלויים מעל הפלטפורמות של לפחות 10 מ&quot;מ מכל הצדדים. השתמש בחומרים נפוצים כגון טפלון, אקריליק, או חלון זכוכית. בחר את העובי כדי למנוע התמוטטות במתח המרבי המתוכנן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את אספקת המתח הגבוה כוח (איור 1 א, מ &#39;חלק) על פי הוראות יצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קליפים תנין הלחמה לסוף של שניהם במתח הגבוה וחוטי קרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד קצה אחד של זרוע תמיכה בנויה מחומר בידוד נוקשה על טבעת עומד עם מוט הבידוד הבולט אופקי מעל פלטפורמות הבידוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר חוטי קרקע ומתח גבוה לזרועות תמיכה באף אחת כמה הליפופים של איזולירבנד, קשרי חוט ניילון, או באמצעים מתאימים אחרים כך קליפים התנין בולטים כלפי מטה מעל הפלטפורמות מבודדת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אלקטרודה קליפ אחד פלטינה (איור 1 א, יא חלק) לכל אחד משני קליפים התנין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את זרועות תמיכה כדי שחוט המתח הגבוה הוא מעל הפלטפורמה קבועה וחוט הקרקע הוא מעל הפלטפורמה נעה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערכת גשר אנכית (איור 1b) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מהדק שאינו מוליך לבמת תרגום ליניארי, כך שהמהדק יכול לנסוע מינימום של 25 מ&quot;מ. השתמש במהדק זה להחזיק את הכלי (איור 1b, אני חלק) שיהיה מחובר לחוט הקרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר הרכבה זו למבנה תמיכה נוקשה אנכי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מהדק שאינו מוליך דומה בקו ומתחת לתמיכה בשלב התרגום ליניארי. השתמש במהדק זה להחזיק את הכלי שיהיה מחובר לחוט מתח הגבוה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך &quot;מת מקל&quot; (ראה איור 1 ג להמחשה) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג פיסת חומר קשיח שאינו מוליך כמו מוט זכוכית או פלסטיק ארוך 30-40 סנטימטר (איור &amp;# 160; 1c, עמ &#39;חלק). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף פיסת מוליך מתכת ארוכה 10-15 סנטימטר (איור 1 ג, q חלק) בקצה אחד של המוט באמצעות מספר הליפופים של איזולירבנד (איור 1 ג, r חלק) מיושם באופן חצה או חומר תיקון אחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש &quot;מת המקל&quot; כדי לגשר על אלקטרודות מתח והקרקע גבוהות עם סוף המתכת לאחר אספקת החשמל כבויה כדי להבטיח שהמעגל השתחרר לפני הטיפול בציוד. </li></ol></li></ol> .3 מבצע של גשרים נוזליים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גשרים נוזליים אופקי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלא כל כלי (איור 1 א, אני חלק) עם מספיק נוזלים כדי להביא את המשטח עד למרחק של 1-5 מ&quot;מ של זרבובית הכוס או שפה. עבור כלי (קוטר 60 מ&quot;מ) המשמשים בהפגנה זו, להשתמש 67 גרם של נוזל למים, 74 גרם לDMSO, או 84.4 גרם לגליצרול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את 2 כלי על גבי פלטפורמת הבידוד כזה שהם Physבאופן לא בולט קשר עם אחד את השני במקום אחד כמו הפיות אבל קיר השפה ישר גם תעבוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגבהים הפלטפורמה, כך שהנוזל יהיה רק ​​ליצור קשר עם אלקטרודה הפלטינה ולא קליפ התנין או חוט. שים לב ליישור האנכי, כך שהגשר וכתוצאה מכך הוא אופקי ברמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את האלקטרודות הפלטינה לתוך כלי נוזליים מולא באופן כל כך שהם מינימום של 15 מ&quot;מ מעמדת הקשר שבו הגשר יהווה. הערה: בדרך כלל אלקטרודות ממוקמות בין מרכז הכלי והקיר הרחוק מהמקום שבי שני כלי ליצור קשר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גשרים נוזליים אנכיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשני כלי נקיים, סגור עם יציאה נוזלית אחד כפי שמוצג באיור 1b, חלק i. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלא כל כלי עם הנוזל הנחקר כך שאין בועות אוויר שנלכדו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס אלקטרודה (איור 1b, k חלק) לכל כלי ולסגור את גap להחזיק את הנוזל במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר שני כלי סגורים בתוך ווי התלייה שאינן מוליכה (ראה 2.2) באופן שהפתחים להצביע אחד כלפי שני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף כמה טיפות של נוזל לפתיחה של צינור התחתון, כך שמשטח נוזל מעוקל בולט כמה מילימטרים מעל לשפת הכוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להביא את הכלי העליון כלפי מטה, כך שזה רק אנשי הקשר התחתון אחד להרכיב גשר נימים קטן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את יציאת מתח הגבוהה של החשמל (איור 1b, מ &#39;חלק) לכלי הנמוך מסוף אלקטרודה (נייח) והקרקע לכלי העליון (תרגום). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תפעול מתח גבוה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיקולים כלליים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שתמשיך הלאה לאשר כי כל המשטחים יבשים ושאין בריכות, סרטים, או טיפות נוזל נמצאות על פלטפורמות הבידוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני החלת כוח לניסוי מאשר כי אין מעגלים קצרים ושאין p קרקעהווה aths אשר יכול לגרום לאנשים או לציוד הבא במגע עם משטחי אנרגיה. כדי להיות בטוח בצעו את כל הנהלים ולבחון אזהרות יצרן אספקת חשמל במתח גבוה. במקרה של ספק להתייעץ אנשי בטיחות חשמל מוסמכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הקוטביות של ספק הכח (אם בחירה) לפני החלת כוח. בדרך כלל, להשתמש בקוטביות מתח חיובית כמו זה מספק גשרים יציבים יותר. הערה: גם קוטביות שלילית יכולה לשמש אך נוטה להניב השפעות אחראי החלל בולטות אשר יכולה להשפיע באופן משמעותי על התכונות הפיסיקליות של שני 48 הנוזל דיאלקטרי ומשפיעה על צפיפות מטען המקומית באזור הניסוי בשל ההבדל הפונקציונלי בשוקעת ולא מקור אלקטרונים תחת פוטנציאלים גבוהים כתשלום עודף ניתן לרסס על גבי מקיף מבני תמיכת בידוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את המגבלה הנוכחית באספקת החשמל כדי לספק לא יותר מ 5-6 mA של נוכחי. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר אחד משני פרופילי המתח שניתן ליישם - רמפה או צעד. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ברמפת מתח כאשר ראשון מתחילה ומאפייני ביצועים של הנוזל עדיין לא ידועים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להנמיך את מגבלת המתח באספקת החשמל כדי לספק 0 ק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר הפלט על אספקת החשמל ולאט לאט מתחיל להגדיל את מגבלת המתח בשיעור של כ 250 V / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים לב למתח שבו הצתה הגשר מתרחש, זה הוא מתח סף הצתה המשוער (t V). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בצעד מתח כדי להחיל במהירות מתח למערכת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיר את מגבלת מתח אספקת החשמל לערך הרצוי מעל לסף ההצתה אשר נקבע על ידי שימוש ברמפת מתח למערכת הנוזלית תחת מחקר (ראה 3.3.2.1.3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר הפלט על אספקת החשמל. הערה: צעד מתח יכול לגרום קשתי והפליטה של ​​טיפות ועשויות לדרוש כמה seconds לפני צורות גשר יציבה. קשתי מפיק אוזון ומי חמצן וכתוצאה מכך מוליכות נוזלים מוגברות אם מותר להימשך יותר מכמה שניות. מומלץ להחליף את הנוזל עם חומר טרי אם קשתי היא בעיה. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייצב את הגשר הבא הצתה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאשר הצתה גשר על ידי התבוננות זרם יציב של נוזל בין שני הכלים. הערה: זה יתרחש בדרך כלל בין 8-10 קילו וולט וילווה על ידי הולכה נוכחית בין 250-500 מייקרו-אמפר תלוי בנוזל המשמש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנגינת הגשר להארכה על ידי הגדלת המתח ל10-15 קילו וולט עם צריכת זרם ~ 1,000 מייקרו-אמפר. הערה: הערך האמיתי יהיה תלוי בנוזל המשמש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאריך את הגשר עד למרחק של כ 1 מ&quot;מ לכל 1 קילו וולט מיושם מתח, למשל 15 מ&quot;מ ל15 ק. במידת צורך, לכוון את הגשר בהתאם נוסף על הדרישות של הניסוי. הערה: ca גשר יציבn קיים במשך שעות רבות. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נהלי כיבוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכבות את הגשר על ידי השבתת התפוקה באספקת החשמל במתח הגבוה. המתן מספר שניות לקבלי אספקת הכח לפרוק וקריאת המתח ליפול לאפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש &quot;מת המקל&quot; שנבנה בסעיף 1.3 לקצרים מחזיקי אלקטרודה לפני טיפול בכל חלקי אנרגיה בעבר. </li></ol></li></ol> .4 הדמיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקרנת פרינג <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן צלחת שוליים בינארי על ידי הדפסת פסים שחורים על סרט שקוף ולהדביק את זה למסך מפזר זוהר ובוהק. בדוגמה זו, להשתמש בצלחת שוליים A4 (כלומר 297 מ&quot;מ x 210 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת השוליים מול תאורה אחורית, כך שהשולים מוקרנים על ניסיוני ההגדרה כולה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונות רשומות או עדיין או סרטים של דפוס השוליים באמצעות מספר רב של מצלמות דיגיטליות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקוב אחר שינויים שn פני הנוזל, כמו גם שינויים באורך הנתיב האופטי של נוזל subtending על ידי ניתוח התמונות שתועדו ב4.1.3. הערה: כמותי ניתוח של השינויים שנצפו מתבצע באמצעות הערכת שוליים באמצעות חבילות תוכנה שונות, כגון תכנית IDEA זמינה באופן חופשי 49. הפרטים והשיקולים של ניתוח שולי הספציפיים מכוסים במקומות אחרים 49-51. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדמיה תרמוגרפיות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הטווח הדינמי של המצלמה תרמוגרפיות לפי הוראות היצרן. הערה: בדרך כלל כיול שתי נקודות הכוללת את טווח הטמפרטורות הצפוי היא מספיק כדי לספק רזולוציה תרמית טובה. רוב גשרי הנוזל לפעול בטווח הטמפרטורות 20-50 C °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע תיקון emissivity וכיול טמפרטורה על ידי ההדמיה פני השטח הפתוח בהיקף של הנוזל תחת מחקר בטמפרטורות מתאימות לניסוי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא כלי זהה לשהשתמש בניסיוני ההגדרה עם הנוזל תחת מחקר בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את הטמפרטורה של הנוזל באמצעות thermoprobe טבילה כגון צמד תרמי מסוג K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקליט תמונה של הנוזל באינפרא האדום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעלות את הטמפרטורה של הנוזל לטמפרטורות צפויות בגשר באמצעות צלחת חמה או במיקרוגל. הערה: זה הוא בדרך כלל לא יותר מ 10 מעלות צלזיוס מתחת לנקודת רתיחת הנוזל (לדוגמא, 90 מעלות צלזיוס במשך מים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.2.2.2 ו4.2.2.3 לנוזל בטמפרטורה הגבוה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המצלמה מעט מעל גשר אופקי ורמה עם גשר אנכי על מנת למקסם את שטח הפנים שנרשמו. הערה: בשל הקליטה החזקה של אמצע וארוך לנופף קרינת אינפרא אדום על ידי רוב הנוזלים קוטביים, רק חלוקת טמפרטורת פני השטח תהיה גלויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשומה אינפרא אדום של מערכת הגשר מתחיל לפני הפעלת התפוקות על פואספקת wer וממשיך עד הניסוי הגיע למסקנה או חיץ המצלמה הוא מלא. </li></ol></li></ol>

The authors Dr. M&#243;nica L&#243;pez S&#225;enz and Dr. Oliver Schreer are employees of IRCAM GmbH that produces instruments used in this Article. The remaining authors declare that they have no competing financial interests.

ההיווצרות המוצלחת של גשרי נוזל EHD יציבים וחזקים דורשת תשומת לב שישולם לפרטים עדיין חשובים פשוטים מסוימים. זה חיוני כי המוליכות יוניות של הפתרונות להיות נמוכות כמו (לדוגמא, 1-5 מייקרו-שני / סנטימטר) מעשי. להיות מודע לכך שזיהום מים יכול לגרום למוליכות מוגברות לנוזלים מסוימים קוטביים (למשל, גליצרול). לשטוף את כל מוצרי זכוכית גם לשים לב לשטיפה זהירה, השתמש אך ורק מוצרי זכוכית נקי מזיהום פני השטח או סימני שריפת קשת מושרה. באופן כללי זה תרגול טוב ללבוש כפפות בכל פעם שטיפול בכל ציוד כדי למנוע שמני עור ומלחים מלזהם את הניסוי. אלקטרודות יש sonicated במשך כמה דקות בממס תחת מחקר, ומומלץ כי אלו הם &quot;שרופה ב&quot; על ידי הפעלת גשר הבלתי מוארך ל30-45 דקות בערכים שוטפים גבוהים (למשל, 3-5 mA) כדי להפחית את האלקטרודה משנית תגובות. טוהר גבוה (לדוגמא,&gt; 99.9%) מתכות אצילות יעבדו הכי טובות כמו חומרי אלקטרודה וצריכות להיות שטח פנים מספיק כדי לשמור על צפיפות זרם נמוכה בסדר הגודל של 10 / מ&quot;ר כדי להפחית חימום מקומי. במקרה של גשרים שיש לי יציבות עניה או קשים להתחיל מומלץ ראשון הוא לאשר ~ 1 מייקרו-שני / סנטימטר מוליכות ושאין בריכות חיצוניות של נוזל שיכול להרשות למסלול נוכחי חלופי. באופן כללי מומלץ שכל המשטחים להיות יבשים ככל האפשר, להקדיש תשומת לב מיוחדת לסרטים דקים שיכול להיווצר בין כלי שיט וצלחות בידוד. אם קשתי מתרחש כוח הפסיקה ולהפחית ערך מתח לאחר מכן החל מחדש את הכוח כקשתי שנגרמו תביא ל&quot; הגזה &quot;של אזורים שנפגעו, אשר יכול להפחית את יציבות גשר או למנוע הצתה גשר כולם ביחד. אם הכח מוחל על המערכת מעל מתח הסף ולא צורות גשר מוט זכוכית מבודדת יכול לשמש כדי למשוך את הנוזל כלפי מעלה לכיוון הנקודות דואר מגע (למשל פיות כוס) בין שני כלי. אם המערכת ממשיכה להתנהג בצורה לא יציבה לנקות את הציוד ולהתחיל שוב עם נוזל טרי. אי זה, מומלץ לקחת את המלאי של הסביבה כחפצי מתכת גדולות, חומרים שתומכים במטען סטטי, או זרמי אוויר חזקים יכול לשבש את הגשר ו / או השדה החשמלי שתומך בו. המערכת הניסיונית לשנות בקלות כדי להתאים חומרים זמינים בדרך כלל ברוב המעבדות. מכולות נוזליים יכולות להיות כמעט מכל חומר תואם ותשומת לב מיוחדת צריכים להיות משולם על הדליקות של המכל או שלב נוזלי במקרה של קשת חשמלית; למשל טפלון יפיק גזים מסוכנים כאשר שרפה. צורת אלקטרודה, מיקום, וחומר יכולים גם להיות שונה כדי להתאים לאילוצים של נתנה הגדרה. אלקטרודות בדרך כלל מישורי עשויות מנייר הכסף משמשות אלא גם חוט יכול לשמש עוד כהנחיות צפיפות הזרם<html> נלקחים בחשבון. השדה החשמלי מיושם יכול להיות DC הטהור, AC הטהור, או DC מוטה AC. כל יפיקו גשרים נוזליים בטווח התגובה התלוי בתדירות לנוזלים שתוארו בספרות על הרטבה חשמלית על דיאלקטרי (EWOD) וdielectrophoresis (DEP) 9 המגדירים טווח תדרי תגובה בין 20 הרץ ועד 20 kHz עבור מתח מתון. תחומי תדרים גבוהים יותר עשויים גם ליצור גשרים אם כי אלה לא נבדקו באופן מפורש וחלק מהעובדים דיווחו לגבול התחתון לגשרים אנכיים AC להיות 50 הרץ 42. אוריינטציה לכוח המשיכה גם לשינוי בקלות, כל עוד מערכת יכולה להיות המציאה כדי לספק משטחי נוזל חופשיים, שהם יציבים ללא שדה חשמלי מיושם. ניסויים שנערכו בהיעדר כוח המשיכה 41 אשר הראה כי יש לי גשרים אלה תלות בהשפעה המייצבת כובד אשר שומרת על האיזון העדין של כוחות בגשר נוזלי. אף אוזן גרון &quot;&gt; גשרי נוזל EHD הם כלי חדש שניתן להוסיף לרפרטואר של יישומים רבים במדעי טבע. הם מאפשרים החקר של האינטראקציה של כוחות בתפזורת ופני השטח עם שדות חשמליים לשימוש חיצוני. הם פותחים את ההזדמנות לבחון את האמצעי חדש של ערבוב נוזלים שונים 37; שינוי קינטיקה הכימית תגובה 52; תחבורת פרוטון 44,45, ובחינת התגובה של מערכות ביולוגיות לתנאים 53 בנוסף גשרים אלה מאפשרים גישה ישירה אל פני השטח הנוזלי ללא כל מבני subtending פיזי שכבר הניבו חדש. מידע ספקטרוסקופיות על הדינמיקה במים נוזליים 28 ומרמז על קיומו של מתג מצב חשמלי מבוקר לפיה נכסים בתפזורת חדשים לצוץ ביום 31 באבל בפוטנציאל לבחון מעבר פאזה הנוזלית נוזלי 54 באמצעות שיטה חדשה לגמרי. היישום התעשייתי הנרחב לא רק של תהליכי EHD (למשל </eמ &#39;&gt;, electrospinning 26, וelectrospray 32,33 שיטות) בהחלט יכול להפיק תועלת מהמחקר נוסף של תופעות של בעלות הברית באופן הדוק אלה.

An erratum was issued for <a href="http://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. &#8805; 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.&#160; Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

האינטראקציה בין שדות חשמליים ותוצאות עניין נוזליים במספר הכוחות המתפתחים בתוך תפזורת החומר. במערכות דיאלקטרי נוזל אמיתיות, הדרגתיים השדה שאינו זניח וגיאומטריות שבירת סימטריה לגרום למספר תופעות לכאורה מוזרות. הרץ היה אחד הראשונים לציין התנועה הסיבובית במערכות דיאלקטרי נוזל מוצק 1. Quincke ציין כי מתח interfacial בין שני נוזלים לא שונתה רק על ידי היישום של שדה חשמלי חיצוני, אלא ששינוי זה הביא למאמץ של כוחות על נוזלי הגוף ויכול לשמש כדי לגרום לתנועה סיבובית 2. ארמסטרונג גילה את גשר המים הצף בשנת 1893 3 שנותר טריק מסיבה מסתורי עד לאחרונה כאשר פוקס ועמיתים לעבודה בחנו מכניקת תחבורה המונית ותשלום 4,5 ונפתחו מחדש למנגנונים שבאמצעותם גשרים אלה מהווים חקירה מדעית רצינית. יש לי שדות חשמליים ability להרים נוזלים נגד הכוח הכבידה כעבודתו של Pellat על עליית נוזל דיאלקטרי בין האלקטרודות צלחת מקבילות תערוכות 6. פעולת ההרמה זה מראה את תלות תדר וסופו של דבר יכולה להיות מתואר באמצעות מותח לחץ מקסוול 7. זה חשוב כאשר בוחן את עליית רמת הנוזל הקשורים ל( EHD) גשרי נוזל electrohydrodynamic שבתנאים AC מראה תלות בתדירות 8 דומה להרטבה חשמלית על דיאלקטרי (EWOD) ו( DEP) זרימה המונית dielectrophoretic 9. יתר על כן, היישום של שדות חשמליים פוטנציאליים גבוהים הוא חשוב בשליטה על המטוס נוזלי להיפרד והאינטראקציה של השדה החשמלי עם נוזלים חיונית להבנת התהליך החשוב בתעשייה של atomization electrospray 10,11. שדה חשמלי חיצוני אינו רק משפיע על אנרגיית פני השטח. בגלל הפעולה של קיטוב ומאמץ גזירה, תבניות זרימה יכולהיוקם. דוגמא אחת היא מחזור הדם של נוזלים בנוכחות שדות חשמליים הומוגניות. בזאת זרמי electroconvective הוקמו בתפזורת הנוזל מונעת על ידי לחצים גזירה. Sumoto הוכיח כי מנוע נוזל יכול להיות נבנה באמצעות הרוטור זכוכית המכיל גם נוזל קוטבי או מוט מתכת שקוע באמבט דיאלקטרי שאינו קוטבי וממוקם בתוך שדה חשמלי הומוגניות 12. ניתוח מאוחר יותר על ידי אוקאנו משמש קירוב שדה הומוגנית 13 כדי לפתור את הבעיה הרוטציה שרק יכל איכותית שתתאים לתוצאות הניסויים ונדרש נוזלי דיאלקטרי להגיב כגוש יחיד. חוקרים אחרים על הנושא החמיצו את הנקודה לחלוטין כפי שהם דווחו בטעות וחקרו את השפעת Sumoto כרמת נוזל לעלות 14-16 בתגובה לעבודת השדה החשמלי חלוץ ידי Pellat 17. חשיבותה של הסימטריה משטח השבירה לתהליך הלוקליזציה של תשלום וstre גזירה שנוצרss 18 הוא חיוני להבנה למחקר על גשרי EHD נוזליים. המסה של מלצ&#39;ר על אלקטרומכניקה רצף 19 מספקת בסיס תיאורטי מלא לטיפול בנוזלים בצובר ומפשטת משטחים חופשיים בתוך המגבלה הומוגנית איזוטרופיים. החשיבות של משטחים היא בכל זאת ברורה אפילו מנקודת מבט הרצף כמו האובדן של תוצאות סימטריה במאמץ גזירה שיכולה ליצור תנועה בתפזורת. צילום במקרה הכללי של כרכי נוזל ניידים דיסקרטיים אשר יכול להיות מקוטב והם כפופים לכוח תגובתי וכתוצאה מכך גישה אל פני השטח על, האינטראקציה השדה החשמלית יכולה להיות תחליף לשני Navier סטוקס 20 וברנולי 7,21,22 היחסים כדי לתאר את שפע של תופעות זרימת EHD כוללים גשרים נוזליים. מחקר נוסף של גשרים נוזליים יכול לשפר מספר טכנולוגיות EHD מבוסס כגון הזרקת דיו הדפסת 23-25, מיקרו וננו חומרים עיבוד 26-28, משלוח סמים 29, 30 יישומים, ביו 31,32, והתפלת 33. השיטות שתוארו כאן לספק גישה להיווצרות של גשרי נוזל EHD אשר נמצאות בנוזלים קוטביים מולקולות שיש מומנט דיפול קבוע. התוצאות שהוטלו הומוגניות השדה חשמלי בקיטוב חלקי של אוכלוסיית דיפול מניב שינוי מקומי של permittivity דיאלקטרי כך חיזוק נוסף הדרגתיים שדה 18,34,35. קיטוב זה מעורר כוח עקירה שבהתאם לעוצמתו היחסית של השדה מיושם יפיק מספר התגובות השונות נוזליים (ראה תרשימים 4-7) סופו של דבר וכתוצאה מכך ההיווצרות של גשר. הנוזל גם לפתח טיילור לזרום 22,36 לאורך משטחי אלקטרודה במיוחד במקרים בהם יש כיום קצה חד על האלקטרודות. האפשרות של הזרקת מטען בקצוות חדים גם קיימת, והוא עולה בקנה אחד עםהיווצרות של שכבות heterocharge אשר יוצרות זרמי electroconvective בתפזורת נוזל 22 כך מקשרים את מערכת הגשר הנוזלית עם אפקט Sumoto 12. יחסי EHD השלטון לגשרים בהרחבה במקומות אחרים למים ונוזלי קוטב אחרים 22,36-38. גישות תיאורטיות אלה סובלים מגבלות מסוימות שיש לשקול בעת מתקרבים נתונים ניסיוניים. הטיפול מותח לחץ מקסוול 36 אינו רגיש לheterogeneities שדה כמו גם שאינה אחידות בגשר הנוזלי. גישת EHD טהורה 37 מספקת הגדרות מצב יציבה של מספר electrogravitational והקשר שלה להיבט יחס גשר; עם זאת, דינמיקת הזרימה ותופעות חולפות חשובות (למשל, יצירת גשר) לא חזו. שלושה מספרי ממדים שימושיים בעת ניתוח היציבות של הגשר ונגזרים כאן כפי שפורסם בעבר על ידי Marín &amp; לוזה 37 </sעד&gt;. מספר electrocapillary (Ca E) הוא מוגדר כיחס בין כוחות חשמליים ונימים: <img alt="משוואת 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200" /> שבו ε 0 הוא permittivity הוואקום, ε r permittivity דיאלקטרי היחסי של הנוזל, t E הוא השדה החשמלי על פני הגשר, γ הוא מתח הפנים, של ד וl ד הם התחזיות אנכיות ואופקיות בקוטר כל כך כ להניב מ &#39;קוטר D הממוצע. המספר בונד (בו) מתאר את האיזון בין כוחות משיכה ונימים: <img alt="משוואה 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150" /> כאשר G הוא תאוצת הכבידה, l הוא אורך הגשר החופשי, וV הוא גשר הנפח. מערכת היחסים ביןכבידה, נימים, וכוחות חשמליים יכולים לבוא לידי ביטוי במונחים של E G מספר electrogravitational: <img alt="משוואה 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200" /> ההרחבה המרבית של גשר קשורה למתח שימושי בזמן שהזרם שזורם דרך הגשר קשור לאזור החתך, ולכן הקוטר. מערכות יחסים אלה בשילוב, לקבוע את גשר הנפח, ובכך להגדיר את האזור של יציבות עבור כל גשר נוזלי הפעלה מסוימת. העקומות האופייניות לגשר מים ניתנות באיור 3 אשר מציג רף תחתון שמתחתיו השדה המופעל הוא חלש מדי כדי להתגבר על כוחות מתח פנים וסף עליון ומעליו את המסה של הגשר גדולה מדי וכתוצאה מכך דולפת אשר משבשים נוסף השדה והתוצאות בקרע גשר. הפינוק כללי יותרment של גשרי נוזל בממסים קוטביים 19,22 מספק את תנאי לחץ בשילוב הפעלה עם הגשר לחזות את כוחות שלטון לזרום דינמיקה בהקשר של משוואה ברנולי שונה עם תנאי עקירה חשמליים נוסף לטווח הלחץ. בנוסף מערכת יחסים אונסגר ליציבות יון 24 התאגדה בהסכם עם תצפיות ניסיוניות בכיוון שיווי משקל שאיבה ופליטת חום. מספר הנוזלים הקוטביים נחקר כולל מים, כהלים אליפטי נמוכים יותר (לדוגמא, מתנול), poly-כהלים (למשל, גליצרול), dimethylsulfoxide (DMSO), וחומרים אורגניים אחרים קוטביים (למשל, dimethylformamide). נוזלים בלתי קוטביים דיאלקטרי (לדוגמא, הקסאן) אינם מציגים היווצרות גשר. נוזלי דיאלקטרי מסוגלים לתמוך בגשרים עד כה למדו 8,22,37 שקר בתוך קבוצה מוגדרת היטב של פרמטרים פיזיים, אשר קובעים נקודת התחלה טובה FOr ניסויים נוספים: מוליכות נמוכות (σ &lt;5 מייקרו-שני / סנטימטר), permittivity מתון סטטי יחסית (ε = 20-80), בינוניים עד מתח פנים גבוה (γ = 21-72 MN / מ &#39;). מעניין מגוון רחב של צמיגויות (η = .3-987 MPA · שניות) עבודה בגשרים כאלה. בנוזלים עם גבוהה מספיק צמיגות כגון גליצרול ניתן למשוך גשר ישירות מהצובר הנוזלי (ראה איור 5), והוא חוליה חשובה בין כוחות dielectrophoretic וגשרים נוזליים. פתרונות יוניים (לדוגמא, NaCl (aq)) הם הרסניים מאוד לגשר היווצרות ובמחקרים קודמים 40 הוכחו להעלות את הטמפרטורה של הגשר, להקטין את אורך יחס מתח שימושי, וכדי להפחית את ההרחבה. התנהגות זו מיוחסת במידה רבה להשפעת המיגון האחראי על יונים מומסים כמו גם ההולכה נוכחית מוגברת אשר מפחיתה את הצימוד בין אלמנטי נפח נוזל והשדה החשמלי. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; בתופעות EHD רמת הרצף להתעורר פשוט כי תנאי הלחץ הדרושים המלווים electrostriction נמצאים רק בממשק שהנוזל 21. יתר על כן, קיים קשר בין היציבות של גשרי נוזל EHD והיציבות של הממשקים במערכת. במקרה של ניסויים הכבידה מופחתים 41 תוצאות פני שטח הרחבת בכוח שקורע את הגשר לגזרים. כמו כן, אם פני השטח מוגבל מדי או שטח מגע subtending קטן הגשר צפוי לפתח אי יציבות. זה יכול להיות מתואר בגשרים שמוזנים על ידי צינור או במקרה של גשרים האנכיים שבו אלקטרודה אחת היא משכה כלפי מעלה מעל פני השטח - הגשרים וכתוצאה מכך הם פחות יציבים בפעולה לטווח ארוכה כפי שהם חסרים את זרימת הדינמיקה האופיינית שנמצאה במצב שבו יש גם המאגרים שטח גדול ללא תשלום. גשרים שקשרים למאגר הנוזל כלואים בתוך i מופע צינורותהצטברות ncreased תרמית ומתח פנים נופלים. זה אופייני שממשק אוויר באופן ספונטני טופס בתוך צינורות. גבולות זה מצב גם ההרחבה המרבית, כמו גם את משך החיים הממוצע של הגשר לגשרי נוזל מוגבל. ניתן להאריך גשרי מים משטח פתוחים לאורך מ&quot;מ 35 ב35 ק בעוד שלא גשר יתמיד במתח כזה מאיץ בבידוד כנוזל מעדיפים מעברים למצב electrospray. כמו כן יש לי גשרי מים עיליים חופשיים גלגולים יציבות מתקרבים 10 שעות בתנאים מבוקרים, ואילו במערכות צינור האכיל את החיים הוא בדרך כלל פחות מ 2 שעות. תופעות EHD נחשבות בדרך כלל רק ברמת הרצף. מספר מצומצם של מחקרים על הבסיס המולקולרי של גשרי נוזל שנערכו. מחקר ראמאן 42 באמצעות גשרי AC אנכיים חקר את להקת OH-מתיחה בין מולקולרית בהשוואה למים בכמות גדולה. כמה שינויים בscפרופילי attering לאחר היישום של השדה החשמלי מוצגים ליש מוצא מבני. באמצעות ספקטרוסקופיית בדיקה משאבת אמצע אינפרא אדום ultrafast על גשר צף מים 43 החיים הרטט של רטט מתיחת OH של מולקולות HDO הכלולים בHDO: D 2 O גשר מים נמצא (630 ± 50 fsec) קצר יותר מאשר למולקולות HDO בHDO בתפזורת: D 2 O (740 ± 40 fsec), ואילו בניגוד לכך, דינמיקת thermalization הבאה ההרפיה הרטט היא הרבה יותר איטית (1,500 ± 400 fsec) מאשר בHDO בתפזורת: D 2 O (250 ± 90 fsec). הבדלים אלה בדינמיקת ההרפיה אנרגיה חזקה מצביעים על כך שגשר המים ומים בכמות גדולה שונים בקנה מידה מולקולרי. יתר על כן, מחקר על פליטת אינפרא אדום של גשר מים צף גילה תכונה שאינה תרמית אשר יכול להיות בשל מעבר ממצב מעורר למצב היסוד של פס הולכה פרוטון 44. נוסף reporte מחקר ראמאן האחרון יותרד כי במי DC גשרים יש הפצת רדיאלי בספקטרום שמצביע על הבדל יחסי בpH המקומי בין הליבה והמעטפת חיצונית של הגשר 45. הפצת רדיאלי של מאפיינים פיזיים בתוך גשרי נוזל EHD נתמכה גם על ידי ניסויי פיזור UV קשיח 46 אשר נותן הפצות רדיאלי סותרות בפרופילי הטמפרטורה וצפיפות ויכולה להיות מוסברים גם על ידי שיפוע במעלות מולקולריות של חופש או הנוכחות של שלב המשני כבועות ננו. המושג מאוחר יותר אינו נתמך על ידי מחקר רנטגן פיזור זווית קטנה 47 בעוד הרעיון של רוטציה הפריעה (כלומר librations) נתמך מספקטרום פליטת אינפרא אדום 44. כיוון הזרימה המועדף בגשרי נוזל EHD נובע משינויים בקינטיקה האוטומטי הניתוק. בהסכם עם העבודה של אונסגר ממצא זה טומן בחובו הבטחה לחיבור תופעות מולקולריות ורצף רמה &lt;sup&gt; 22. עדות נוספת לבסיס מולקולרי לתופעות EHD נמצאת בתצפית שפליטת חום מאגל דיאלקטרי יורדת באופן מקומי בתגובה לשדה החשמלי הגובר ומגיעה למינימום בדיוק לפני תחילתו של גשר (ראה איור 7). גשרי נוזל EHD להציג הזדמנות לבחון את יחסי הגומלין בין הכוחות בקני מידת אורך מרובים וזה המטרה הספציפית של עבודה זו כדי לספק שיטה סטנדרטית לייצור סוגים של גשרים אלה במספר הנוזלים עם כל קרוב משפחה נטייה לכוח המשיכה שתומכת הופעתה של הסט המלא של תופעות אופייניות דן בעבר.

<table><tbody><tr><td>Borosilicate Crystallization Dishes</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Double walled roundbottom flask with GL14 and GL8 openings along with 6 mm spherical joint port</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Custom glassware with minimum two openings one for electrode, one for bridge spout.</td></tr><tr><td>Adjustable Platforms</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Motion Translation Stage</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Complete motorized stage, controller, and power supply</td></tr><tr><td>Insulating Plates</td><td></td><td></td><td>Should be appropriate for resisting the intended voltages without breakdown</td></tr><tr><td>Pt Electrodes</td><td>Alfa-Aesar</td><td>000261</td><td>Wash and then sonicate in 18.2 M&amp;Omega; water prior to use</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC at 5 mA maximum output</td></tr><tr><td>Fiber Optic Temperature Probe System</td><td>OpSens</td><td>OTG-F Sensor/ XXX-XXX Control Unit</td><td>Readout speed 1 kHz, accuracy 0.01 K, probe size 120 &amp;#956;m</td></tr><tr><td>Long Wave Infrared Camera</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Sensitivity &amp;lt; 30 mK</td></tr><tr><td>Long Wave Infrared Camera</td><td>FLIR</td><td>FLIR 620</td><td>30 FPS 640 x 480 pixel Sensitivity to &amp;lt; 45 mK</td></tr><tr><td>Dual Band Mid- and Long-Wave Infrared Camera</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td>Digital Camera</td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Used for both video and still frames</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&amp;Omega; Water</td><td>Milli-Q</td><td>Advantage</td><td>Allow 24 hr to equilibrate after dispensing into clear borosilicate bottles</td></tr><tr><td>Methanol dehydrated with less than 0.0050% water AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Keep dry until needed</td></tr><tr><td>Glycerol anhydrous for synthesis</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Keep dry until needed</td></tr><tr><td>Dimethylsulfoxide, ACS Grade</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Keep dry until needed</td></tr></tbody></table>

the preparation of electrohydrodynamic bridges from polar dielectric liquids

גשרים אופקי ואנכי נוזל כלים פשוטים ורבים עוצמה לחקר האינטראקציה של שדות חשמליים בעוצמה גבוהה (8-20 ק / סנטימטר) ונוזלי דיאלקטרי קוטביים. גשרים אלה ייחודיים מגשרי נימים שבהם מפגינים יכולת הרחבה מעבר לכמה מילימטרים, יש דפוסי העברת מסה דו כיווני מורכבים, ולפלוט אינו פלאנק קרינת אינפרא אדום. מספר הממסים המשותפים יכול ליצור גשרים כאלה, כמו גם פתרונות מוליכות נמוכים והשעיות colloidal. ההתנהגות מקרוסקופית נשלטת על ידי electrohydrodynamics ומספקת אמצעי לחקר זרימת תופעות נוזל ללא הנוכחות של קירות נוקשה. לפני תחילתה של תופעה חשובה כמה גשר נוזלי ניתן להבחין ביניהם גובה קידום מניסקוס (הרטבה חשמלית), במחזור בתפזורת נוזל (השפעת Sumoto), והפליטה של ​​טיפות טעונות (electrospray). האינטראקציה בין פני השטח, קיטוב, וכוחות עקירה ניתן לבדוק באופן ישיר על ידימשתנה מתח שיושם ואורך גשר. השדה החשמלי, בסיועו של כוח הכבידה, מייצב את הגשר הנזיל כנגד חוסר יציבות ריילי-Plateau. בניית המנגנון בסיסי עבור שתי האורינטציה אנכית ואופקית יחד עם דוגמאות מבצעיות, כוללים תמונות תרמוגרפיות, לשלושה נוזלים (לדוגמא, מים, DMSO, וגליצרול) מוצגים.

Watch this Scientific Journal Video about The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids at JoVE.com

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

גשרי נוזל electrohydrodynamic אופקי ואנכיים הם כלים פשוטים ורבים עוצמה לחקר האינטראקציה של שדות חשמליים בעוצמה גבוהה ונוזלי דיאלקטרי קוטביים. בניית מנגנון בסיסי ודוגמאות מבצעיות, כוללים תמונות תרמוגרפיות, לשלושה נוזלים (לדוגמא, מים, DMSO, וגליצרול) מוצגים.

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Flow over Immersed Bodies

SCIENTISTS IN ACTION

26.2K Views.  Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology.  גשרי נוזל electrohydrodynamic אופקי ואנכיים הם כלים פשוטים ורבים עוצמה לחקר האינטראקציה של שדות חשמליים בעוצמה גבוהה ונוזלי דיאלקטרי קוטביים. בניית מנגנון בסיסי ודוגמאות מבצעיות, כוללים תמונות תרמוגרפיות, לשלושה נוזלים (לדוגמא, מים, DMSO, וגליצ?...

Video: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting and counting cells. However, manipulating the cell within the fluidic domain remains a challenge and requires complicated fabrication protocols for forming valves and electrodes, or demands specialty equipment like optical tweezers. Here, we demonstrate that conventional printed circuit boards (PCB) can be used for the non-contact manipulation of cells by employing dielectrophoresis (DEP) for bead and cell manipulation in laminar flow fields for bioactuation, and for cell and bead separation in multichannel microfluidic devices. First, we present the protocol for assembling the DEP electrodes and microfluidic devices, and preparing the cells for DEP. Then, we characterize the DEP operation with polystyrene beads. Lastly, we show representative results of bead and cell separation in a multichannel microfluidic device. In summary, DEP is an effective method for manipulating particles (beads or cells) within microfluidic devices.

Dielectrophoresis (DEP) is an effective method to manipulate cells. Printed circuit boards (PCB) can provide inexpensive, reusable and effective electrodes for contact-free cell manipulation within microfluidic devices. By combining PDMS-based microfluidic channels with coverslips on PCBs, we demonstrate bead and cell manipulation and separation within multichannel microfluidic devices.

חרוזים ועל הפרדת תאים ריבוי ערוצים מכשירים microfluidic שימוש dielectrophoresis ו זרימה למינרית

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting ...

Bioengineering

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

אלקטרוליטים קופולימר שתל מצב מוצק עבור יישומי סוללת ליתיום

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and functionalized to render their top surfaces hydrophilic. The combination of a physical feature (the pillar) with a chemical boundary (the hydrophilic film on the top of the pillar) provides both a physical and chemical heterogeneity that pins the triple contact line, a necessary feature to create stable long but narrow capillary bridges. The substrates with the pillars are attached to glass slides and secured into custom holders. The holders are then mounted onto four axis microstages and positioned such that the pillars are parallel and facing each other. The capillary bridges are formed by introducing a fluid in the gap between the two substrates once the separation between the facing pillars has been reduced to a few hundred micrometers. The custom microstage is then employed to vary the height of the capillary bridge. A CCD camera is positioned to image either the length or the width of the capillary bridge to characterize the morphology of the fluid interface. Pillars with widths down to 250 &#181;m and lengths up to 70 mm were fabricated with this method, leading to capillary bridges with aspect ratios (length/width) of over 1001.

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. The creation of capillary bridges relies on the formation of pillars to provide a directional physical and chemical heterogeneity to pin the fluid. Capillary bridges are formed and manipulated using microstages and visualized using a CCD camera.

ייצור והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריית חריץ נקבוביות

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The protocol details the procedures to construct a versatile, reusable, multiple layer, laminated dielectrophoresis chamber. Specifically, six layers of 50 &#181;m x&#160;0.7 cm x&#160;2 cm graphene paper and five layers of double sided tape were alternately stacked together, then clamped to a glass slide. Then a 700 &#956;m diameter micro-well was drilled through the laminated structure using a computer-controlled micro drilling machine. Insulating properties of the tape layer between adjacent graphene layers were assured by resistance tests. Silver conductive epoxy connected alternate layers of graphene paper and formed stable connections between the graphene paper and external copper wire electrodes. The finished device was then clamped and sealed to a glass slide. The electric field gradient was modeled within the multi-layer device. Dielectrophoretic behaviors of 6 &#956;m polystyrene beads were demonstrated in the 1 mm deep micro-well, with medium conductivities ranging from 0.0001 S/m to 1.3 S/m, and applied signal frequencies from 100 Hz to 10 MHz. Negative dielectrophoretic responses were observed in three dimensions over most of the conductivity-frequency space and cross-over frequency values are consistent with previously reported literature values. The device did not prevent AC electroosmosis and electrothermal flows, which occurred in the low and high frequency regions, respectively. The graphene paper utilized in this device is versatile and could subsequently function as a biosensor after dielectrophoretic characterizations are complete.

A microdevice with high throughput potential is used to demonstrate three-dimensional (3D) dielectrophoresis (DEP) with novel materials. Graphene nanoplatelet paper and double sided tape were alternately stacked; a 700 &#956;m micro-well was drilled transverse to the layers. DEP behavior of polystyrene beads was demonstrated in the micro-well.

פיתוח של התקנים 3D גראפן אלקטרודה dielectrophoretic

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

יצירת צומת תת-50 ננומטר ננו-נוזלי ב PDMS Microfluidic שבב באמצעות תהליך ההרכבה העצמית של חלקיקים קולואיד

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging techniques.
The one-time use packaging technique employs UV-based and temperature curing epoxies to connect microtubes to access holes, wire-bonding for integrated circuit connections, and silver epoxy for electrical connections. This method is based on a robust assembly technique that can support relatively high pressure close to 1 psi and does not need any support to strengthen the microfluidic architecture.
Reusable packaging techniques consist of PDMS-based microtube interconnectors and anisotropic adhesive films for electrical connections. These devices are more sensitive and fragile. Consequently, Plexiglas support is added to the microfluidic structure to improve the electrical contact when anisotropic adhesive films are used, and also to strengthen the microfluidic architecture. In addition, a micromanipulator is needed to maintain tubes while using a thin PDMS layer to connect them to the access holes. Different PDMS layer thicknesses, ranging from 0.45-3 mm, are tested to compare the best adherence versus injection rates. Applied injection rates are varied from 50-300 &#956;l/hr for 0.45-3 mm PDMS layers, respectively. These techniques are mainly applicable for low-pressure applications. However, they can be extended for high-pressure ones through plasma-oxygen process to permanently seal the PDMS to glass substrates. The main advantage of this technique, besides the fact that it is reusable, consists of keeping the device observable when the microchannel length is very short (in the range of 3 mm or lower).

In this article we describe different techniques for microfluidic rapid prototyping platforms. The proposed techniques are based on ultraviolet (UV) sensitive and temperature curing epoxies, polydimethylsiloxane (PDMS) based tubing, wire-bonding, and anisotropic adhesive films. The assembling procedures presented are developed for both one-time use devices as well as reusable microfluidic systems.

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

Preparation of Artificial Bilayers for Electrophysiology Experiments

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. These bilayers can be used for many different studies, such as the characterization of membrane-active peptides, the reconstitution of ion channels or investigations on how changes in lipid bilayer properties alter the function of bilayer-spanning channels.  Here, we show how to form a planar bilayer and how to isolate small patches from the bilayer, and in a second video  will also demonstrate a procedure for using gramicidin channels to determine changes in lipid bilayer elastic properties.   We also demonstrate the individual steps needed to prepare the bilayer chamber, the electrodes and how to test that the bilayer is suitable for single-channel measurements.

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. Here, we demonstrate the individual steps needed to prepare the bilayer chamber, the electrodes and how to test that the bilayer is suitable for single-channel measurements.

הכנת Bilayers מלאכותית לניסויים Electrophysiology

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. These bilayers can ...

Biology

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant exogenous molecular probes into cells. This work reports a microfluidic electroporation platform capable of performing multiple molecule delivery to mammalian cells with precise and molecular-dependent parameter control. The system&#8217;s ability to isolate cells with uniform size distribution allows for less variation in electroporation efficiency per given electric field strength; hence enhanced sample viability. Moreover, its process visualization feature allows for observation of the fluorescent molecular uptake process in real-time, which permits prompt molecular delivery parameter adjustments in situ for efficiency enhancement. To show the vast capabilities of the reported platform, macromolecules with different sizes and electrical charges (e.g., Dextran with MW of 3,000 and 70,000 Da) were delivered to metastatic breast cancer cells with high delivery efficiencies (&#62;70%) for all tested molecules. The developed platform has proven its potential for use in the expansion of research fields where on-chip electroporation techniques can be beneficial.

A microfluidic vortex assisted electroporation platform was developed for sequential delivery of multiple molecules into identical cell populations with precise and independent dosage control. The system&#8217;s size based target cell purification step preceding electroporation aided to enhance molecular delivery efficiency and processed cell viability.

Electroporator למשלוח סדרתית מולקולרי בסיוע וורטקס microscale

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for biosensor applications. However, conventional BLM formation techniques have several drawbacks and they often require specific expertise and laborious processes. In particular, conventional BLMs suffer from low formation success rates and inconsistent membrane formation time. Here, we demonstrate a storable and transportable BLM formation system with controlled thinning-out time and enhanced BLM formation rate by replacing conventionally used films (polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polystyrene) to polydimethylsiloxane (PDMS). In this experiment, a porous-structured polymer such as PDMS thin film is used. In addition, as opposed to conventionally used solvents with low viscosity, the use of squalene permitted a controlled thinning-out time via slow solvent absorption by PDMS, prolonging membrane lifetime. In addition, by using a mixture of squalene and hexadecane, the freezing point of the lipid solution was increased (~16 &#176;C), in addition, membrane precursors were produced that can be indefinitely stored and readily transported. These membrane precursors have reduced BLM formation time of &#60; 1 hr and achieved a BLM formation rate of ~80%. Moreover, ion channel experiments with gramicidin A demonstrated the feasibility of the membrane system.

We demonstrate a storable, transportable lipid bilayer formation system. A lipid bilayer membrane can be formed within 1 hr with over 80% success rate when a frozen membrane precursor is brought to ambient temperature. This system will reduce laborious processes and expertise associated with ion channels.