The authors acknowledge support from Samsung, the NC State Chancellors Innovation Funds, NSF (CAREER CMMI-0954321 and Triangle MRSEC DMR-1121107), and Air Force Research Labs.

1. מניפולציה של המתח interfacial של מתכת נוזלית באלקטרוליט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חִמצוּן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים אלקטרוליט המימי (חומצי או הבסיסי) לתוך צלחת פטרי. כדי להבטיח שהתחמוצת נמחקה לחלוטין, להשתמש חומצה או בסיס בריכוז העולה על 0.1 M 24 (לדוגמא: 1 M NaOH או 1 M HCl). השתמש בנפח שימלא את הצלחת עד לעומק של כ 1-3 מ&quot;מ. הימנע פנייה העור עם פתרונות אלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במזרק למקום טיפה (בצורה אופטימלית בין 10-500 μl) של סגסוגת מבוססת גליום באלקטרוליט. דוגמאות כוללות אינדיום גליום eutectic (EGaIn) או פח אינדיום גליום (Galinstan). אם נעשה שימוש בגליום טהור, לחמם את האלקטרוליט ללפחות 30 מעלות צלזיוס כדי למנוע הקפאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים חוטי נחושת למתכת הנוזלית להקים את האלקטרודה העבודה. השתמש בחוט נחושת בקוטר פחות מזה של הירידה, ולהשתמש מודד דיגיטלי על פי הוראות יצרן לדוארNsure שיש חוט התנגדות של &lt;Ω 1. בחומצה או בסיס, המתכת הנוזלית תהיה להרטיב את הנחושת ובכך ליצור מגע חשמלי מצוין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח האלקטרודה נגדית ביצוע (למשל נחושת, גרפיט, פלטינה, וכו &#39;) בפתרון, אך לא במגע עם המתכת הנוזלית. אם האלקטרודה הנגדית יש התנגדות של &lt;1 Ω, ממדיה אינם רלוונטיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החוטים למקור מתח ולהחיל פוטנציאל חיובי למתכת הנוזלית. לעיוות צורה קטנה, תחול מתח חיובי &lt;V. 1 לעיוות גדולה יותר צורה (ותנועה של המתכת הנוזלית לכיוון האלקטרודה הנגדית), תחול&gt; V. 1 הערה: הריכוז של הפתרון והמרחק של הירידה מהאלקטרודה הנגדית להכתיב את המתח הדרוש כדי לגרום לשינויים במתח interfacial מאז קצב חמצון משטח אלקטרוכימיים מתחרה בשיעור של פירוק תחמוצת על ידי אלקטרוליט. </li></ol></li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> צִמצוּם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לוותר על ירידה (10-500 μl) של המתכת הנוזלית ממזרק לתוך צלחת פטרי ריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים אלקטרוליט המימי ניטראלי לצלחת פטרי (פלואוריד למשל 1 M נתרן (NAF) או 1 M נתרן כלורי (NaCl)) לרמה שמטביעה מתכת. הערה: השימוש בחומצי (pH &lt;3) או פתרון בסיסי (pH&gt; 10) יגרום תחמוצת לפזר באופן ספונטני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים חוטי נחושת למתכת הנוזלית לפעול כאלקטרודה עבודה, וחוט ביצוע (למשל, נחושת) לאלקטרוליט לפעול כהאלקטרודה הנגדית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החוטים למקור מתח ולהחיל פוטנציאל שלילי למתכת הנוזלית. החל כ -1 V כדי להסיר את משטח תחמוצת ולגרום המתכת לdewet מהמצע. המתכת צריכה dewet בצד הקרוב להאלקטרודה הנגדית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאלים שליליים יותר (&lt;-1 V) כדי להסיר את שכבת תחמוצת לחלוטין. הימנע החלת excesמתח שלילי גדול בלעדית על מנת למנוע בועות מימן מלהופיע במתכת הנוזלית בשל הפחתה של אלקטרוליט. </li></ol></li></ol> מדידת מתח 2. שטח באמצעות נייחים אגל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות חותך לייזר או כלי כרסום, לחתוך נתיב ישיר מהמרכז לקצה של פיסת polymethylmethacrylate (PMMA) (~ 1 מ&quot;מ עובי) לא לחתוך את הנתיב לאורך כל דרך העובי של PMMA.; לחתוך על רק באמצע. קטע זה ישמש כמצע למתכת הנוזלית. חומרים אחרים שטוחים ובידוד חשמלי כגון זכוכית, קרמיקה, או פולימרים יכולים לשמש גם כמצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם אותו הכלי, לחתוך 1 מ&quot;מ 2 חור במרכז של PMMA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בנתיב כמדריך, לרוץ חוטי נחושת מבודדים עם רק הקצה החשוף למרכז PMMA. מקם את החוט כך שהוא בולט מעל פני שטח PMMA. חותם את החוט במקום עם דבק leakproof. גְזִירָההחוט רק מעל פני השטח של PMMA, אבל אל תתנו לזה להאריך יותר מדי (מעבר ~ 100 מיקרומטר) או שזה יפריע את הצורה של הטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סרט החתיכה למטה PMMA לתוך מיכל שקוף שדרכו ניתן לקבל תמונה ברורה. מלא את המכל עם 1 M NaOH, ולמקם את ירידת 25-50 μl של מתכת נוזלית על חוטי נחושת הבולטות. חוט זה ישמש כהאלקטרודה העבודה ולהרטיב את הטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח האלקטרודה נגדית רשת פלטינה וכסף / כלוריד כסף רווי אלקטרודה התייחסות (Ag / AgCl) בפתרון. לחבר את כל האלקטרודות לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המכל במד זוית זווית מגע, כך שהפרופיל של ירידת פני השטח הוא נראה בבירור. השתמש בpotentiostat לשלוט המתח ביחס לאלקטרודה ההתייחסות, ולהשתמש במד זוית למדוד את הצורה ובכך מתח interfacial של הירידה. ודא שהמד זוית מסוגל tensi interfacial ירידה הנייח מדידהעַל; אפשר גם להשתמש בניתוח צורת axisymmetric המותאם אישית של תמונות שנלקחו מירידת מצלמה התקנה אופקית 25. </li></ol> 3. הזרקת נימים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא נימי זכוכית עם תמיסה של 1 M NaOH. קוטר הנימים צריך להיות ~ 1 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים בקצה אחד של רצף הנימים נגד ירידה של מתכת נוזלית. יישר את הנימים, כך שהוא מקביל עם המשטח של השולחן (כלומר, בניצב לכוח המשיכה). למנוע פערי אוויר בין ירידת המתכת הנוזלית ונימים מלאות אלקטרוליט. באמצעות לנגב, להספיג את כל האלקטרוליטים עודפים שאולי דלפו במהלך הרכבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים חוטי נחושת (אלקטרודה עבודה) במתכת הנוזלית, והאלקטרודה נגדי מוליך (חוט נחושת למשל) בקצה הפתוח של נימים, כך שקשר זה הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החוטים למקור מתח ולהחיל פוטנציאל חיובי למתכת הנוזלית. המתכת הנוזלית צריכה להתחיל למלא את גapillary (להימנע פוטנציאלים גדולים שיגרמו היווצרות בועה עודפת על האלקטרודה הנגדית). </li></ol> 4. נימי נסיגה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש בטכניקות דפוס ליתוגרפי 26 והעתק רכים לפברק ערוצי microfluidic מורכבים מpolydimethylsiloxane (PDMS). לפברק ערוצים שהם רחבים כ -100 עד 1,000 מיקרומטר, 100 מיקרומטר גבוהים, ו25-65 מ&quot;מ ארוך. הערה: ערוץ ממדי 1,000 מיקרומטר הרחב, 100 מיקרומטר גבוה, וערוץ 65 מ&quot;מ ארוך הניב תוצאות עקביות, אבל אחרים יכולים גם לעבוד. לחלופין, להשתמש בנימי זכוכית (למשל, בקוטר 1 מ&quot;מ זכוכית בורוסיליקט,) במקום microchannels PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזרק מתכת נוזלית באופן ידני או באמצעות משאבת מזרק כדי למלא את הערוץ לחלוטין (כלומר, 6.5 מ&quot;מ 3 לערוץ ארוך 1,000 מיקרומטר רחב, 100 מיקרומטר גבוה, ו 65 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מקלון צמר גפן שנטבל ב1 M NaOH או 1 M HCl, להסיר כמויות עודפות של לילירות מתכת מהכניסה (ואם יש צורך, השקע) של הערוץ, כך שהמתכת נשארה מיושר עם פני השטח העליונים של PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצלול קצה אחד של הערוץ באלקטרוליט (למשל, 1 M NaCl), ולמקם את האנודה (למשל, חוטי נחושת, פלטינה, או טונגסטן) כך שהוא נוגע באלקטרוליט אבל לא המתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקצה השני של הערוץ, פנה אלקטרודה נפרדת (למשל, חוט Cu) למשטח המתכת, כך שנוזל מתכת עצמה פועלת כקתודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר החוטים האלה (כלומר, האנודה וקתודה) למקור מתח או potentiostat, ולהשלים את המעגל החשמלי. למערכת שלוש אלקטרודה, למקם את האלקטרודה ההתייחסות כזו שבקושי מטביע לירידה של אלקטרוליט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני יישום מתח צמצום, הר מצלמת וידאו על חצובה או במיקרוסקופ כדי להקליט את הניסויים. השתמש במצב פוקוס אוטומטי כדי לקבל את כל מה בפוקוס. לנצל פוקוס ידני יש שליטה טובה יותר עלעומק שדה, איזון לבן, ו- ISO. במידת צורך, להשתמש בתחנה גבוהה יותר F (כלומר, 11 או גבוהים יותר), 1/100 צמצם ה, איזון לבן אוטומטי ו- ISO האוטומטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל להקליט את הניסוי. החל כ -1 V למשוך את המתכת הנוזלית מmicrochannels. כבה את המתח לגרום המתכת להפסיק לנוע באלקטרוליט הניטרלי. </li></ol>

<ol>
	<li>Khan, M. R., Eaker, C. B., Bowden, E. F., Dickey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+and+switchable+surface+activity+of+liquid+metal+via+surface+oxidation.">Giant and switchable surface activity of liquid metal via surface oxidation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 111 (39), 14047-14051 (2014).</li><li>Kataoka, D. E., Troian, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+liquid+flow+on+the+microscopic+scale.">Patterning liquid flow on the microscopic scale.</a> Nature. 402 (6763), 794-797 (1999).</li><li>Daniel, S., Chaudhury, M. K., Chen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+Drop+Movements+Resulting+from+the+Phase+Change+on+a+Gradient+Surface.">Fast Drop Movements Resulting from the Phase Change on a Gradient Surface.</a> Science. 291 (5504), 633-636 (2001).</li><li>Ichimura, K., Oh, S. K., Nakagawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-driven+motion+of+liquids+on+a+photoresponsive+surface.">Light-driven motion of liquids on a photoresponsive surface.</a> Science. 288 (5471), 1624-1626 (2000).</li><li>Gallardo, B. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+principles+for+active+control+of+liquids+on+submillimeter+scales.">Electrochemical principles for active control of liquids on submillimeter scales.</a> Science. 283 (5398), 57-60 (1999).</li><li>Zhao, B., Moore, J. S., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Directed+Liquid+Flow+Inside+Microchannels.">Surface-Directed Liquid Flow Inside Microchannels.</a> Science. 291 (5506), 1023-1026 (2001).</li><li>Chaudhury, M. K., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+Make+Water+Run+Uphill.">How to Make Water Run Uphill.</a> Science. 256 (5063), 1539-1541 (1992).</li><li>Lahann, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reversibly+switching+surface.">A reversibly switching surface.</a> Science. 299 (5605), 371-374 (2003).</li><li>Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+and+Mechanics+for+Stretchable+Electronics.">Materials and Mechanics for Stretchable Electronics.</a> Science. 327 (5973), 1603-1607 (2010).</li><li>Bauer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=25th+Anniversary+Article:+A+Soft+Future:+From+Robots+and+Sensor+Skin+to+Energy+Harvesters.">25th Anniversary Article: A Soft Future: From Robots and Sensor Skin to Energy Harvesters.</a> Adv. Mater. 26 (1), 149-162 (2013).</li><li>Ozbay, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonics:+Merging+Photonics+and+Electronics+at+Nanoscale+Dimensions.">Plasmonics: Merging Photonics and Electronics at Nanoscale Dimensions.</a> Science. 311 (5758), 189-193 (2006).</li><li>Monat, C., Domachuk, P., Eggleton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+optofluidics:+A+new+river+of+light.">Integrated optofluidics: A new river of light.</a> Nat. Photonics. 1 (2), 106-114 (2007).</li><li>Schurig, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterial+Electromagnetic+Cloak+at+Microwave+Frequencies.">Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies.</a> Science. 314 (5801), 977-980 (2006).</li><li>Dickey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Applications+of+Liquid+Metals+Featuring+Surface+Oxides.">Emerging Applications of Liquid Metals Featuring Surface Oxides.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (21), 18369-18379 (2014).</li><li>Dickey, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eutectic+gallium-indium+(EGaIn):+A+liquid+metal+alloy+for+the+formation+of+stable+structures+in+microchannels+at+room+temperature.">Eutectic gallium-indium (EGaIn): A liquid metal alloy for the formation of stable structures in microchannels at room temperature.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (7), 1097-1104 (2008).</li><li>Regan, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-ray+study+of+the+oxidation+of+liquid-gallium+surfaces.">X-ray study of the oxidation of liquid-gallium surfaces.</a> Phys. Rev. B. 55 (16), 10786-10790 (1997).</li><li>Gigu&#232;re, P. A., Lamontagne, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarography+with+a+Dropping+Gallium+Electrode.">Polarography with a Dropping Gallium Electrode.</a> Science. 120 (3114), 390-391 (1954).</li><li>Frumkin, A., Polianovskaya, N., Grigoryev, N., Bagotskaya, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocapillary+phenomena+on+gallium.">Electrocapillary phenomena on gallium.</a> Electrochim. Acta. 10 (8), 793-802 (1965).</li><li>Lippmann, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Relations entre les ph&#233;nom&#232;nes &#233;lectriques et capillaires. , (1875).</li><li>Tsai, J. T. H., Ho, C. M., Wang, F. C., Liang, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+contrast+light+valve+driven+by+electrocapillarity+of+liquid+gallium.">Ultrahigh contrast light valve driven by electrocapillarity of liquid gallium.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (25), 251110 (2009).</li><li>Khan, M. R., Trlica, C., Dickey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recapillarity:+Electrochemically+Controlled+Capillary+Withdrawal+of+a+Liquid+Metal+Alloy+from+Microchannels.">Recapillarity: Electrochemically Controlled Capillary Withdrawal of a Liquid Metal Alloy from Microchannels.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (5), 671-678 (2015).</li><li>Saltman, W., Nachtrieb, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Electrochemistry+of+Gallium.">The Electrochemistry of Gallium.</a> J. Electrochem. Soc. 100, 126-130 (1953).</li><li>Perkins, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anodic-Oxidation+of+Gallium+in+Alkaline-Solution.">Anodic-Oxidation of Gallium in Alkaline-Solution.</a> J. Electroanal. Chem. 101, 47-57 (1979).</li><li>Xu, Q., Oudalov, N., Guo, Q., Jaeger, H. M., Brown, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+oxidation+on+the+mechanical+properties+of+liquid+gallium+and+eutectic+gallium-indium.">Effect of oxidation on the mechanical properties of liquid gallium and eutectic gallium-indium.</a> Phys. Fluids. 24, 063101 (2012).</li><li>Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+surface+tension+and+contact+angle+from+the+shapes+of+axisymmetric+fluid+interfaces.">Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces.</a> J. Colloid Interface Sci. 93, 169-183 (1983).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 28 (1), 153-184 (1998).</li><li>Pourbaix, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. , (1974).</li><li>Gough, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+electrocapillary+deformation+of+liquid+metal+with+reversible+shape+retention.">Rapid electrocapillary deformation of liquid metal with reversible shape retention.</a> Micro Nano Syst. Lett. 3 (1), 1-9 (2015).</li><li>Wang, M., Trlica, C., Khan, M. R., Dickey, M. D., Adams, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reconfigurable+liquid+metal+antenna+driven+by+electrochemically+controlled+capillarity.">A reconfigurable liquid metal antenna driven by electrochemically controlled capillarity.</a> J. Appl. Phys. 117 (19), 194901 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

<html> שיטה זו שולטת במתח של מתכות נוזליים מבוסס גליום באמצעות מתח קטן לנהוג בתצהיר והסרת משטח תחמוצת פני השטח. למרות שהשיטה עובדת רק בפתרונות אלקטרוליט, זה פשוט, ועובד במגוון רחב של מצבים שונים, אבל יש דקויות ראוי לציין. בהיעדר הפוטנציאל חשמלי, שתי תמיסות החומציות והבסיסיות לחרוט משם תחמוצת 27. היישום של פוטנציאל חמצון מניע את ההיווצרות של תחמוצת פני השטח בכל אלקטרוליטים מימיים, כוללים פתרונות חומציים ובסיסיים. עם זאת, פירוק של תחמוצת בתמיסות חומציות או בסיסיות מתחרה בתצהיר של תחמוצת כדי למנוע הצטברות יתר של שכבת תחמוצת. ההיווצרות של שכבת תחמוצת עבה מעכבת זרימה, כנראה שכן תחמוצת מספקת מחסום מכאני לתנועה. עיכוב זה יכול להיות מזיק בהפצה, אלא גם מספק שיטה לייצב את הצורה של המתכת. e_content &quot;&gt; מתח interfacial משתנה ברציפות כפונקציה של פוטנציאל. מתח הפנים הוא הגדול ביותר בפוטנציאל שמסיר את משטח תחמוצת. פוטנציאלים שיותר מצמצמים (שליליים יותר) יהיה מעט להקטין את מתח הפנים עקב electrocapillarity הקלאסי (השווה , איור 1). ירידה זו ממשיכה כפונקציה של פוטנציאל עד תהליכי Faradaic (למשל היווצרות מימן) מתרחשים על פני השטח. לעומת זאת, מתח הפנים יורדים באופן משמעותי בפוטנציאל שבו צורות תחמוצת הראשונות (ראה איור 1). הגדלת הפוטנציאל (החיובי) ממשיכה להוריד את מתח הפנים, ככל הנראה בשל כיסוי טוב יותר של תחמוצת פני השטח. מעבר &quot;פוטנציאל קריטי&quot;, הירידה תתחיל להתפשט ללא גבול, ויצר דפוסים כמו-פרקטלית ונודדת לכיוון האלקטרודה הנגדית. תנועה זו ממשיכה עד שהמתח הוסר, או עד הטיפה שוברת קוןטקט עם אלקטרודה העבודה. הצורות שנוצרו באזור מעל הפוטנציאל הביקורתי עדיין נחקרות, אך מיוחסות ללהיות קרוב לאפס מתח פנים. ניתן למצוא פרטים בספרות 1. מתח interfacial של המתכת הוא רגיש לשינויים קטנים במתח. לכן חשוב להיות במגע חשמלי מעולה עם המתכת ושליטה על הפוטנציאל להחיל את המתכת הנוזלית. בנוסף, הנוכחות של חומצה או בסיס באלקטרוליט מתחרה עם חמצון אלקטרוכימי על ידי המסת שכבת תחמוצת. תהליך זה מתחרה מוסיף רמת המורכבות; הבנת התהליך המורכב המתרחשים בממשק שתהיה קריטית לקידום בשיטה זו. חמצוני ותהליכים מצמצמים ניתן לשלב כדי לספק שליטה על הזרימה של מתכת ובמתוך נימים. לדוגמא, ניתן להשתמש בפוטנציאל חמצון להזריק מתכת לתוך קַפִּילָארies (על ידי הפחתת מתח interfacial של המניסקוס המוביל, כפי שמוצג באיור 2), ולאחר מכן להשתמש פוטנציאלים מצמצמים לגרום המתכת לסגת מהנימים (על ידי הגדלת מתח interfacial של המניסקוס המוביל, כפי שמוצג באיור 3) 28,29. המגבלות והיכולות של גישה זו הן עדיין לא נקבעו באופן מלא, אם כי הזרקה נראית איטי יותר מאשר נסיגה. באמצעות חמצון להזריק מתכת כרוכה בשלושה שלבים קריטיים. ראשית, הנימים יש prefilled עם אלקטרוליט, אשר אנו מאמינים יוצר &quot;שכבה להחליק&quot; דקה של מים בין המתכת והקירות של הנימים כמו המתכת. שנית, הזרקת המתכת לתוך נימים דורשת מגע סומק בין חרוז של המתכת וסופו של הנימים, כפי שמוצגת באיור 3. קשר אינטימי זה מבטיח ירידה הפוטנציאלית מתרחשת באלקטרוליט ממשק המתכת / ומונעת מסלולים לתשלום ל לעקוף int זהerface. ניתן להשתמש במערכות או שתי-אלקטרודה או שלוש-אלקטרודה לשלוט המתח של מתכת המשטח. המערכת דו-אלקטרודה היא פשוטה, הדורש רק אלקטרודה עבודה, האלקטרודה נגדית, ומקור מתח. למרות שהמערכת דו-אלקטרודה מתאימה להפגנות, את הפוטנציאל של האלקטרודה הנגדית יכול להיסחף. מדידות אלקטרוכימיים רגישות ליהנות מהיציבות של מערכת של שלוש אלקטרודה (כלומר, אלקטרודה התייחסות וpotentiostat). מערכת זו מאפשרת שליטה טובה יותר של המתח, ומספקת קריאה מדויקת של הנוכחי. היכולת לשלוט במתח interfacial באמצעות מתחים צנועים היא שיטה מבטיחה לשליטה צורה, זרימה, והמיקום של מבנים מתכתיים בקנה מידת האורך תת-מ&quot;מ. אנו מאמינים בטכניקה זו יכולה להיות שימושית ליצירת מבנים מתכתיים שמשנים את צורתם על פי דרישה, שעלול למצוא את היישומים בצורה reconfiguraאלקטרוניקה ble, אנטנות מתכונן, מתגים, רכיבי מייקרו-נוזליים, optofluidics, ומטה-חומרים-הסטת צורה.

This method provides a simple way to control the surface tension of liquid metals containing gallium. The method uses modest voltages (~1 V) applied directly to the liquid metal (relative to a counter electrode in the presence of electrolyte) to achieve enormous and reversible changes to the surface tension of the metal1. 
Surface tension is a dominant force for liquids at small length scales and is important for a number of capillary phenomena including wetting, spreading, and surface-tension driven flow. Consequently, the ability to control surface tension is a sensible way to manipulate the shape, position, and flow of liquids at sub-mm length scales. The most common way to alter surface tension between two fluids is to use a surfactant, which is a molecule that spans the interface between the fluids. Surfactants lower surface tension, but in a way that is not easy to reverse since it is difficult to remove surfactants from the interface. Surface tension can also be altered using a variety of techniques, including temperature gradients2,3, light4, surface chemistry5-7,and voltage8. But most of these methods result in modest changes to surface tension, particularly for liquid metals, which have notably large surface tensions.
The ability to control the surface tension of liquid metal could enable new opportunities for creating shape reconfigurable structures with metallic properties for electronic, thermal, and optical applications9-14. The most common liquid metal is Hg, which is noted for its toxicity. The methods described here are relevant for liquid metals based on gallium. These metals have low viscosity, large surface tension, low volatility (low vapor pressure), and low toxicity15. Importantly, these metals form surface oxides composed of gallium oxide that are a few nm thick in air16. This oxide layer creates a physical skin that historically has been a nuisance for electrochemical and fluid dynamic applications17. The method here utilizes the oxide in new ways to control surface tension.
The most common way to manipulate liquid metals in electrolyte is to apply a potential to the metal relative to a counter electrode18. Oppositely charged ions from the electrolyte match the charges on the metal, causing the interfacial tension to drop. This phenomenon-termed electrocapillarity-has been known since the 1870s as described by Lippman19and has been utilized for alloys of gallium20. Typically, electrocapillarity achieves modest changes to surface tension, since undesirable electrochemical reactions limit the range of voltages applied to the metal. In contrast, the method described here utilizes the surface oxidation of the metal (or conversely, the reduction of the surface oxide) as a way to achieve enormous changes in surface tension above and beyond changes resulting from electrocapillarity. The leading explanation for this phenomenon is that the oxide is asymmetric; that is, the outer surface of the oxide terminates with hydroxyl groups (making a low interfacial tension interface with the aqueous electrolyte), and the interior surface of the oxide terminates with gallium atoms (making a low interfacial tension interface with the metal). In contrast, the removal of the oxide via electrochemical reduction results in a bare metal-electrolyte interface, which returns the metal back to a state of high surface tension. We characterize the interfacial tension of the metal by analyzing the shape of sessile droplets as a function of voltage while assuming that gravity and surface tension are the dominant forces that define the curvature of its surface. 
The advantage of this technique relative to classic electrocapillarity is that it can reversibly tune the tension of low toxicity liquid metals over enormous ranges (from ~500 mN/m to near zero). This delta change in surface tension may be the largest ever reported in literature for any fluid and it can be accomplished in a tunable and reversible manner. These large changes in surface tension are useful for manipulating the capillary behavior of metals; for example, it can induce the metal to spread on a surface, withdraw the metal from microchannels, fill microchannels with metal, and overcome the Rayleigh instabilities to form liquid metal fibers1,21. 
A drawback of this technique is that it requires electrolyte. It works best in acidic or basic conditions, because these electrolytes remove excess surface oxide that would otherwise contaminate the surface of the metal and mechanically restrict the movement of the metal. The simultaneous removal and deposition of the oxide layer complicates the analysis of the interfacial phenomena and it is our hope the methods described in this paper empowers additional analysis. Another disadvantage is that the electrochemical reactions at the surface of the metal must be matched by complimentary half-reactions at the counter electrode22,23. This can lead to hydrogen bubbles forming at the counter electrode.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Eutectic Gallium Indium</td>
			<td>Indium Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>2318-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A481-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Fluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>201154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Adhesive</td>
			<td>Norland</td>
			<td>NOA81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (Sylgard-184)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>Silicone Elastomer Kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate Glass Capillaries</td>
			<td>Friedrich and Dimmoch</td>
			<td>B41972</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl Reference Electrode</td>
			<td>Microelectrodes Inc.</td>
			<td>MI-401F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltage Source</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>3390</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Gamry</td>
			<td>Ref 600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Cutter</td>
			<td>Universal Laser Systems</td>
			<td>VLS 3.50</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method to manipulate surface tension of a liquid metal via surface oxidation and reduction

שליטה מתח interfacial היא שיטה יעילה לטיפול בצורה, מיקום, והזרימה של נוזלים בסולמות אורך תת מילימטר, שבו מתח interfacial הוא כוח דומיננטי. מגוון שיטות קיימות לשליטה במתח interfacial של נוזלים מימיים ואורגניים בקנה מידה זה; עם זאת, טכניקות אלה כלי למתכות נוזליים מוגבלות בשל מתח interfacial הגדול שלהם. מתכות נוזליים יכולות ליצור רכיבים רכים, מתיחה, וצורה-reconfigurable במכשירים אלקטרוניים ואלקטרו-מגנטיים. למרות שניתן לתפעל נוזלים אלה באמצעות שיטות מכאניות (למשל, שאיבה), שיטות חשמליות קלות יותר למזער, שליטה, וליישם. עם זאת, רוב טכניקות חשמל האילוצים שלהם: הרטבה חשמלית-על-דיאלקטרי דורשת פוטנציאלים גדולים (ק) להפעלה ללא צנועה, electrocapillarity יכול להשפיע על שינויים קטנים יחסית במתח interfacial, וele הרציףctrowetting מוגבל לתקעים של המתכת הנוזלית בנימים. כאן, אנו מציגים שיטה לactuating גליום וסגסוגות מתכת נוזלית מבוסס גליום באמצעות תגובת משטח אלקטרוכימיים. שליטה הפוטנציאל אלקטרוכימי על פני השטח של המתכת הנוזלית באלקטרוליט במהירות והפיך משנה את מתח interfacial על ידי יותר משני סדרי הגודל (̴500 MN / מ &#39;כמעט לאפס). יתר על כן, שיטה זו דורשת רק פוטנציאל מאוד צנוע (&lt;1 V) מיושם ביחס לאלקטרודה דלפק. השינוי וכתוצאה מכך המתח נובע בעיקר מהתצהיר אלקטרוכימיים של שכבת תחמוצת פני השטח, הפועל כחומרים פעילי שטח; הסרת תחמוצת מגבירה את מתח interfacial, ולהיפך. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת במגוון רחב של אלקטרוליטים ואינו תלוי במצע שעליו הוא מונח.

איור 1 מציג דוגמא של טכניקת שתי אלקטרודות הפשוטה לחמצון והפחתה. במקרה זה, ירידה של 70 μl של המתכת הנוזלית להציב 1 מגעים M NaOH פתרון חוטי נחושת כדי ליצור חיבור חשמלי. M NaOH 1 מסיר את משטח תחמוצת מהמתכת ומאפשר למתכת חרוז עד בשל מתח interfacial. יישום פוטנציאל 2.5 V בין הירידה והאלקטרודה נגדית רשת פלטינה גורם לפני השטח של הירידה לחמצן והירידה מתפשטת תוך נודדת לכיוון האלקטרודה הנגדי (איור 1 א ii). יישום פוטנציאל V -1 למתכת הנוזלית מסיר את תחמוצת (בנוסף להסרת תחמוצת על ידי NaOH), גורם למתכת חרוז, ומייצר בועות מימן בירידה בשל הפוטנציאל המצמצם (איור 1 Ai). בועות מימן יוצרות על האלקטרודה הנגדית פלטינה בשל חצי התגובה אלקטרוכימיים חינם שככל הנראה מפחיתה פרוטונים בתמיסה. עקומת electrocapillary (איור 1 ב &#39;) מציגה את הירידה הדרמטית במתח פנים יעילים כאשר צורות שכבת תחמוצת. נתונים אלה נלקחו ב1 M NaOH באמצעות אלקטרודה התייחסות Ag / AgCl רווי. במקרה זה, את הפוטנציאל במעגל הפתוח היה כ -1.5 V לעומת Ag / AgCl, ושכבת תחמוצת נוצרה ליד -1.3 V לעומת Ag / AgCl (מסומן בקווים מקווקווים). השימוש בתוצאות 1 M HCl בהתנהגות הפנומנולוגית דומה, אך ההיווצרות של בועות על פני השטח של המתכת, אפילו בפוטנציאל חמצון, עושה ניתוח חזותי קשה. בהעדר תחמוצת (שהוסר על ידי 1 M NaOH, לדוגמא), חשופה מתכת נוזלית היא נוזל מתח גבוה משטח ומאמצת צורה כדורית, כפי שמוצגת בFiguמחדש 2. ירידה של מתכת נוזלית מוטלת בסמוך לצינור נימים מלא 1 M NaOH. לנגב מסיר אלקטרוליט העודף מהחלק התחתון של רביב, כפי שמוצג על ידי איור 2 ב &#39;. חוטי נחושת נוגעים בטיפה כדי ליצור את האנודה והאלקטרודה אחרת (כלומר, קתודה, לא מוצג באיור 2) מוטלת בתוך צינור נימי אלקטרוליט המלא. אלקטרוליט בנימים משלים את המעגל בין שתי אלקטרודות, כפי שמוצג באיור 2 C. החלת +1 V מורידה את המתח פנים בממשק המוביל וגורם למתכת הנוזלית כדי למלא את הנימים כפי שמוצג באיור 2 D. ניסוי זה עובד הכי טוב אם המתכת היא סומק עם קצה הצינורית. לעומת זאת, הטיה הפחתה מסירה את עור תחמוצת ומחזירה אותיטל למצב של מתח פנים גדול. דוגמא אחת לכך היא שמוצגת באיור 3. עור תחמוצת מייצב את הצורה של שלולית של מתכת נוזלית השקועה באלקטרוליט הניטרלי (איור 3 AI). יישום של הטיה הפחתה מסיר את עור תחמוצת, המאפשר למתכת חרוז עד כפי שמוצגת באיור 3 (II-III). אנו קוראים &quot;recapillarity&quot; זו הטכניקה שכן הוא משתמש פוטנציאלים מצמצמים כדי לגרום להתנהגויות נימי 21. המשמעות אחרת של מונח זה היא שנימי התנהגות ניתן להפעיל או לכבות אותו מספר פעמים. לדוגמא, ניתן למשוך EGaIn מערוצי microfluidic PDMS ידי הפחתת תחמוצת כי אחר מייצבת את המתכת בערוצים (כפי שמתוארת ב4.1). איור 3 -D ממחיש רצף ניסיוני אחד כזה. אנחנו נכניסמחט מזרק בקצה אחד של הנימים ולאט לאט לדחוף את בוכנת המזרק כדי לאלץ את המתכת מן המזרק לתוך הנימים. אנחנו שמים את הנימים מלאות על בעל מותאם אישית המורכב מpolymethylmethacrylate (PMMA). יש בעל שני מאגרים, שני חריצים כדי לאבטח את הנימים, שני חורים להכניס חוטים, וגם יש לו את האפשרות לקלטת שליט, כפי שמוצג באיור 3 ב &#39;. אלקטרוליט (למשל מימית נתרן פלואוריד) הוסיף למאגר לאחר הזרקת המתכת מחבר את האנודה לסוף הנימים, כפי שמוצג באיור 3 ג. המתכת בתוך קשר צינור האלקטרודה הנגדית בצד השני של הנימים כדי להשלים את המעגל. החלת הטיה הפחתת 1V גורמת מתכת לסגת ולהתרחק מהאנודה, כפי שמוצג באיור 3 D. מאוחר יותר, אנו מודדים את מהירות נסיגה על ידי השוואה מעמידיםיון של המתכת ביחס לזמן. עלילת מהירות אחד כזה מוצגת באיור 3 E. המהירות דועכת כמו המתכת מתרחקת מן האנודה. ריקבון מהירות זאת בשל העלייה בהתנגדות חשמלית בין האנודה והמתכת הנוזלית 21. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig1.jpg" /> איור 1. (א) ירידה של EGaIn השקועה ב1 M NaOH, עם חוטי נחושת מחוברים לירידה ופלטינת האלקטרודה נגדית פתרון רשת ב. i) פוטנציאל -1 V מוחל על הירידה גורם למתכת חרוז ומייצר מימן על פני השטח של המתכת. ii) פוטנציאל 2.5 V מוחל על ירידת משרה על הפצה. עקומת electrocapillary של ירידה בEGaIn 1 M NaOH (B). הצד המצמצם (מתח מתחת -1.4 V לעומת Ag / AgCl) מראה electrocapillarity המסורתיהתנהגות, בעוד שצד חמצוני מראה ירידה משמעותית בשטח מתח. איור 1 אימצה מעיון 1 (זכויות יוצרים 2014, האקדמיה הלאומית למדעים, ארה&quot;ב). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig2.jpg" /> איור 2. הזרקת נימים של מתכת נוזלית באמצעות הטיה חמצוני. () ירידה של מגעים מתכת נוזליים הפתיחה לצינור נימים מלאים באלקטרוליט. (ב) הצינור מיושר ודחף נגד הירידה. לנגב מסיר את הסכום העודף של אלקטרוליט. (ג) שכותרתו תמונה של ניסיוני הגדרה זו. יישום (D) של +1 V למתכת מוריד את מתח הפנים של המתכת באמצעות oxid משטחזרימת ני, וגורם. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig3.jpg" /> איור 3. (א) ירידה של המתכת הנוזלית בפתרון 1 M NAF. i) תחמוצת מאפשרת שלולית יציבה, שאינה כדורית בפתרון. II-III) החלת פוטנציאל V -1 גורם למתכת חרוז עד. יש מצע אקריליק מותאם אישית (ב &#39;) שני מאגרים שאליו מוכנסות אלקטרודות. נימים ארוכות 70 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ זכוכית ID מלאים בEGaIn משתרעות על פני שני המאגרים. יש המצע שני חריצים כדי להתאים נימים זה בתוקף. (ג) ירידה של אלקטרוליט מתווספת למאגר אחד, והמאגר האחר נותר כפי שהוא. לפעמים בועות טופס, אשר ניתן למזער באמצעות מחט טיפ נאה. ( <strong&gt; יישום D) של הטיה הפחתה מסיר את תחמוצת וגורם למתכת לסגת. מהירות (E) נסיגה של המתכת הנוזלית מהנימים כפונקציה של זמן. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction at JoVE.com

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

a-method-to-manipulate-surface-tension-liquid-metal-via-surface

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Liquids, Solids, and Intermolecular Forces

SCIENTISTS IN ACTION

15.2K Views.  North Carolina State University. We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Video: A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Exploring the Radical Nature of a Carbon Surface by Electron Paramagnetic Resonance and a Calibrated Gas Flow

While the first Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies regarding the effects of oxidation on the structure and stability of carbon radicals date back to the early 1980s the focus of these early papers primarily characterized the changes to the structures under extremely harsh conditions (pH or temperature)1-3. It is also known that paramagnetic molecular oxygen undergoes a Heisenberg spin exchange interaction with stable radicals that extremely broadens the EPR signal4-6. Recently, we reported interesting results where this interaction of molecular oxygen with a certain part of the existing stable radical structure can be reversibly affected simply by flowing a diamagnetic gas through the carbon samples at STP7. As flows of He, CO2, and N2 had a similar effect these interactions occur at the surface area of the macropore system.
This manuscript highlights the experimental techniques, work-up, and analysis towards affecting the existing stable radical nature in the carbon structures. It is hoped that it will help towards further development and understanding of these interactions in the community at large.

Stable radicals that are present in carbon substrates interact with paramagnetic oxygen through a Heisenberg spin exchange. This interaction can be significantly reduced under STP conditions by flowing a diamagnetic gas over the carbon system. This manuscript describes a simple method to characterize the nature of those radicals.

היכרות עם הטבע הרדיקלי של משטח פחמן על ידי אלקטרונים פאראמגנטיים תהודה ומכוילת גז Flow

While the first Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies regarding the effects of oxidation on the structure and stability of carbon radicals date ...

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.

Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.

הובלה של פחמן-שונה Surface דרך טור קרקע

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and engineers. Growth of such anisotropic nanocrystals through a simple chemical method is a challenging task. In this study, we fabricate discotic nanodisks of zirconium phosphate [Zr(HPO4)2&#183;H2O] as a model material using hydrothermal, reflux and microwave-assisted methods. Growth of crystals is controlled by duration time, temperature, and concentration of reacting species. The novelty of the adopted methods is that discotic crystals of size ranging from hundred nanometers to few micrometers can be obtained while keeping the polydispersity well within control. The layered discotic crystals are converted to monolayers by exfoliation with tetra-(n)-butyl ammonium hydroxide [(C4H9)4NOH, TBAOH]. Exfoliated disks show isotropic and nematic liquid crystal phases. Size and polydispersity of disk suspensions is highly important in deciding their phase behavior.

A two dimensional model material of discotic zirconium phosphate was developed. The inorganic crystal with lamellar structure was synthesized by hydrothermal, reflux, and microwave-assisted methods. On exfoliation with organic molecules, layered crystals can be converted to monolayers, and nematic liquid crystal phase was formed at sufficient concentration of monolayers.

סינתזת קילוף של פוספטים זירקוניום Discotic להשיג קריסטלים קולואיד נוזלים

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Failure of Cleaning Verification in Pharmaceutical Industry Due to Uncleanliness of Stainless Steel Surface

The aim of this work is to identify the parameters that affect the recovery of pharmaceutical residues from the surface of stainless steel coupons. A series of factors were assessed, including drug product spike levels, spiking procedure, drug-excipient ratios, analyst-to-analyst variability, intraday variability, and cleaning procedure of the coupons. The lack of a well-defined procedure that consistently cleaned the coupon surface was identified as the major contributor to low and variable recoveries. Assessment of cleaning the surface of the coupons with clean-in-place solutions (CIP) gave high recovery (&#62;90%) and reproducible results (Srel&#8804;4%) regardless of the conditions that were assessed previously. The approach was successfully applied for cleaning verification of small molecules (MW &#60;1,000 Da) as well as large biomolecules (MW up to 50,000 Da).

The lack of a well-defined procedure that consistently cleaned coupon surfaces was identified as the major contributor to low and variable recoveries in cleaning verification. This manuscript describes the correct protocol of cleaning stainless steel coupons.

הכישלון של ניקוי אימות בתעשיית התרופות בשל חוסר ניקיון משטח נירוסטה

The aim of this work is to identify the parameters that affect the recovery of pharmaceutical residues from the surface of stainless steel coupons. A ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a challenge, as it requires asymmetric growth of symmetric crystals. Here, we report a distinctive synthesis of substrate-bound Au nanowires. This template-free synthesis employs thiolated ligands and substrate adsorption to achieve the continuous asymmetric deposition of Au in solution at ambient conditions. The thiolated ligand prevented the Au deposition on the exposed surface of the seeds, so the Au deposition only occurs at the interface between the Au seeds and the substrate. The side of the newly deposited Au nanowires is immediately covered with the thiolated ligand, while the bottom facing the substrate remains ligand-free and active for the next round of Au deposition. We further demonstrate that this Au nanowire growth can be induced on various substrates, and different thiolated ligands can be used to regulate the surface chemistry of the nanowires. The diameter of the nanowires can also be controlled with mixed ligands, in which another &#34;bad&#34; ligand could turn on the lateral growth. With the understanding of the mechanism, Au nanowire-based nanostructures can be designed and synthesized.

We report a solution-based method to synthesize substrate-bound Au nanowires. By tuning the molecular ligands used during the synthesis, the Au nanowires can be grown from various substrates with different surface properties. Au nanowire-based nanostructures can also be synthesized by adjusting the reaction parameters.

סינתזה של המצע מכורך Au Nanowires באמצעות מנגנון הצמיחה הפעילה משטח

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

שיטה מהירה סינתזה Au, Pd ו- Pt Aerogels באמצעות הפחתת המבוסס על פתרון ישיר

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. However, the main issue limiting their applicability is their poor stability in humid conditions. The common methods to overcome this problem involve the formation of strong metal-linker bonds by using highly charged metals, which is limited to a number of structures, the introduction of alkylic groups to the framework by post-synthetic modification (PSM) or chemical vapour deposition (CVD) to enhance overall hydrophobicity of the framework. These last two usually provoke a drastic reduction of the porosity of the material. These strategies do not permit to exploit the properties of the MOF already available and it is imperative to find new methods to enhance the stability of MOFs in water while keeping their properties intact. Herein, we report a novel method to enhance the water stability of MOF crystals featuring Cu2(O2C)4&#160;paddle-wheel units, such as HKUST (where HKUST stands for Hong Kong University of Science &#38; Technology), with the catechols functionalized with alkyl and fluoro-alkyl chains. By taking advantage of the unsaturated metal sites and the catalytic catecholase-like activity of CuII ions, we are able to create robust hydrophobic coatings through the oxidation and subsequent polymerization of the catechol units on the surface of the crystals under anaerobic and water-free conditions without disrupting the underlying structure of the framework. This approach not only affords the material with improved water stability but also provides control over the function of the protective coating, which enables the development of functional coatings for the adsorption and separations of volatile organic compounds. We are confident that this approach could also be extended to other unstable MOFs featuring open metal sites.

Robust functional catechol coatings were produced in one step by direct reaction of the material known as HKUST with synthetic catechols under anaerobic conditions. The formation of homogeneous coatings surrounding the entire crystal is ascribed to the biomimetic catalytic activity of Cu(II) dimers on the external surface of the crystals.

Functionalization פני השטח של מסגרות מתכת-אורגנית להתנגדות לחות משופר

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

מאפייני משטח של פחמן Nanoporous מסונתז סיליקה מטריצות

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a simple protocol for the multifunctional surface modification of NDs by using mussel-inspired polydopamine (PDA) coating. In addition, the functional layer of PDA on NDs could serve as a reducing agent to synthesize and stabilize metal nanoparticles. Dopamine (DA) can self-polymerize and spontaneously form PDA layers on ND surfaces if the NDs and dopamine are simply mixed together. The thickness of a PDA layer is controlled by varying the concentration of DA. A typical result shows that a thickness of ~5 to ~15 nm of the PDA layer can be reached by adding 50 to 100 &#181;g/mL of DA to 100 nm ND suspensions. Furthermore, the PDA-NDs are used as a substrate to reduce metal ions, such as Ag[(NH3)2]+, to silver nanoparticles (AgNPs). The sizes of the AgNPs rely on the initial concentrations of Ag[(NH3)2]+. Along with an increase in the concentration of Ag[(NH3)2]+, the number of NPs increases, as well as the diameters of the NPs. In summary, this study not only presents a facile method for modifying the surfaces of NDs with PDA, but also demonstrates the enhanced functionality of NDs by anchoring various species of interest (such as AgNPs) for advanced applications.

A facile protocol is presented to functionalize the surfaces of nanodiamonds with polydopamine.

שינוי בהשראה ביו השטח Polydopamine של Nanodiamonds והצמצום שלה של סילבר חלקיקים

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

We describe a method to produce U2O5 films in situ using the Labstation, a modular machine developed at JRC Karlsruhe. The Labstation, an essential part of the Properties of Actinides under Extreme Conditions laboratory (PAMEC), allows the preparation of films and studies of sample surfaces using surface analytical techniques such as X-ray and ultra-violet photoemission spectroscopy (XPS and UPS, respectively). All studies are made in situ, and the films, transferred under ultra-high vacuum from their preparation to an analyses chamber, are never in contact with the atmosphere. Initially, a film of UO2 is prepared by direct current (DC) sputter deposition on a gold (Au) foil then oxidized by atomic oxygen to produce a UO3 film. This latter is then reduced with atomic hydrogen to U2O5. Analyses are performed after each step involving oxidation and reduction, using high-resolution photoelectron spectroscopy to examine the oxidation state of uranium. Indeed, the oxidation and reduction times and corresponding temperature of the substrate during this process have severe effects on the resulting oxidation state of the uranium. Stopping the reduction of UO3 to U2O5 with single U(V) is quite challenging; first, uranium-oxygen systems exist in numerous intermediate phases. Second, differentiation of the oxidation states of uranium is mainly based on satellite peaks, whose intensity peaks are weak. Also, experimenters should be aware that X-ray spectroscopy (XPS) is a technique with an atomic sensitivity of 1% to 5%. Thus, it is important to obtain a complete picture of the uranium oxidation state with the entire spectra obtained on U4f, O1s, and the valence band (VB). Programs used in the Labstation include a linear transfer program developed by an outside company (see Table of Materials) as well as data acquisition and sputter source programs, both developed in-house.

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

This protocol presents the preparation of U2O5 thin films obtained in situ under ultra-high vacuum. The process involves oxidation and reduction of UO2 films with atomic oxygen and atomic hydrogen, respectively.

U2O5 הסרט הכנה באמצעות התצהיר2 אז פרט להתמחות על ידי זרם ישיר Sputtering וחמצון רצופים וצמצום עם אטומי חמצן ומימן אטומי

We describe a method to produce U2O5 films in situ using the Labstation, a modular machine developed at JRC Karlsruhe. The Labstation, an essential part ...