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.

전해질 액체 금속의 계면 장력의 조작 1. <ol><li> 산화 <ol><li> 페트리 접시에 (산성 또는 염기성) 수성 전해질을 따르십시오. 산화물이 완전히 제거되었는지 확인하기 위해,보다 큰 농도 0.1 M (24) (예를 들어 1 M의 NaOH 또는 1 M 염산)과 산 또는 염기를 사용한다. 약 1-3mm의 깊이에 접시를 채울 것입니다 볼륨을 사용합니다. 이러한 솔루션으로 피부에 접촉하지 마십시오. </li><li> 전해질 중의 갈륨 계 합금의 (최적 10-500 μL 사이) 방울을 배치하는 주사기를 사용한다. 예로는 공융 갈륨 인듐 (EGaIn) 또는 갈륨 인듐 주석 (Galinstan)를 포함한다. 순수한 갈륨을 사용하는 경우, 동결 방지 적어도 30 ° C로 가온 전해질. </li><li> 작동 전극을 확립 액체 금속으로 구리 와이어를 배치했다. 강하보다 작은 직경을 갖는 구리 와이어를 사용하여, 전자를 제조업체의 지시에 따라, 디지털 멀티 미터를 사용하여와이어가 &lt;1 Ω의 저항이 nsure. 산 또는 염기에서, 액체 금속은 구리를 습윤시켜 우수한 전기적 접촉을 형성 할 것이다. </li><li> 용액 중에서 실시하는 대향 전극 (예를 들어 구리, 흑연, 백금 등)을 배치 할 수 있지만 액체 금속과 접촉한다. 대향 전극은 &lt;1 Ω의 저항을 갖는 경우, 그 치수는 부적합하다. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 긍정적 인 가능성을 적용합니다. 작은 모양 변형의 경우, 긍정적 인 전압 적용 1 (V) &lt;큰 모양 변형 (카운터 전극을 향해 액체 금속의 이동)에 대한 1 V.를 적용&gt;을 주 : 용액의 농도와 대향 전극으로부터 강하 거리가 전기 화학적 표면 산화의 속도는 전해질에 의해 산화 분해 속도와 경쟁 때문에 계면 장력의 변화를 유도하는 데 필요한 전압을 지시. </li></ol></lI&gt; <li> 절감 <ol><li> 비어있는 페트리 접시에 주사기로부터 액체 금속 방울 (10-500 μL)을 분배. </li><li> 금속 잠기 레벨 페트리 접시에 중성 수성 전해질을 붓고 (예를 들어 1 M 불화 나트륨 (NaF로부터) 또는 1 M 염화나트륨). 참고 : 산성 (PH &lt;3) 또는 염기성 용액 (PH&gt; 10)의 사용은 산화물이 자발적으로 용해의 원인이됩니다. </li><li> 작업 전극 및 카운터 전극으로서 작용하는 전해질에 도선 (예를 들어, 구리)로 작동하도록 액체 금속으로 구리 와이어를 배치했다. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 부정적인 잠재력을 적용합니다. 표면 산화물을 제거하고, 금속 기판으로부터 디 웨팅 (dewet)하게하는데 약 -1 V를 적용. 금속 반 전극 측에 가장 가까운에 디 웨팅 (dewet)해야한다. </li><li> 완전히 산화물 층을 제거하기 위해 더 음 전위 (&lt;-1 V)를 적용한다. exces을 가하지 마십시오sively 큰 음 전압 때문에 전해액의 감소에 액체 금속에 게재 수소 기포를 방지 할 수있다. </li></ol></li></ol> 을 Sessile 물방울를 통해 2. 표면 장력 측정 <ol><li> 레이저 커터 또는 밀링 공구를 사용하여, 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) (~ 1mm 두께)의 부재의 중앙으로부터 에지까지 직접 경로를 차단하는 모든 방법 PMMA의 두께를 통해 경로를 차단하지 않는다.; 단지 중간을 통해 약 잘라. 이 작품은 액체 금속 기판이 될 것입니다. 다른 평면과 전기 절연성 유리, 세라믹 등의 재료, 또는 중합체는 또한 기판으로서 역할을 할 수있다. </li><li> 같은 도구를, PMMA의 중심을 1mm 2 구멍을 잘라. </li><li> 참조 경로를 이용하여, PMMA의 중심부에 노출 만 팁 절연 구리선을 실행. 그것은 PMMA 표면 위에 돌출되도록 와이어를 배치. 누액 방지 접착제 대신에 와이어를 밀봉합니다. 절단다만 PMMA의 표면 위에 와이어하지만 너무 (이후 ~ 100 ㎛)를 확장 할 수 없거나 그 방울의 형상을 방해 할 것이다. </li><li> 테이프 선명한 화상을 얻을 수있는 투명 용기에 PMMA 편 다운. 1 M NaOH로 컨테이너를 작성하고, 돌출 된 구리 와이어에 액체 금속의 25-50 μL 드롭 놓습니다. 이 와이어는 작동 전극의 역할을하고 물방울 젖은됩니다. </li><li> 백금 메쉬 카운터 전극과 용액에 포화은 / 염화은은 (Ag / AgCl을) 기준 전극을 배치합니다. 텐쇼에 전극을 모두 연결합니다. </li><li> 방울의 표면 형상이 명확하게 보이도록 접촉각 각도계에 컨테이너를 배치했다. 기준 전극에 대하여 전압을 제어하는​​ 포 텐쇼 스타트를 사용하여 형상 및 드롭함으로써 계면 장력을 측정하는 측각기를 사용한다. 고니 오 미터가 측정 고착 드롭 계면 tensi 할 수 있는지 확인에; 이것은 수평으로 장착 카메라 (25)에서 촬영 화상의 드롭 맞춤 축 대칭 형상 분석을 사용하는 것도 가능하다. </li></ol> 3. 모세관 주입 <ol><li> 1 M의 NaOH 용액으로 유리 모세관을 입력합니다. 모세관의 직경은 ~ 1mm이어야한다. </li><li> 액체 금속의 하락에 대한 모세관 높이의 한쪽 끝을 놓습니다. 이 테이블 (중력 즉, 수직)의 표면과 평행이되도록 모세관을 정렬. 액체 금속 드롭 및 전해질 채워진 모세관 사이의 에어 갭을 피하십시오. 이 닦아 조립시 누출 수있는 여분의 전해질을 가볍게 두 드리 사용. </li><li> 모세관의 개방 단부에 액체 금속에서 구리 와이어 (작용 극), 및 도전성 대향 전극 (예를 들면 구리선)을 놓고 접촉되도록 용액. </li><li> 전압 소스에 전선을 연결하고 액체 금속에 긍정적 인 가능성을 적용합니다. 액체 금속은 C를 충전 시작해야apillary (카운터 전극에 과도한 거품 형성의 원인이됩니다 큰 잠재력을 피하기). </li></ol> 4. 모세관 탈퇴 <ol><li> 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)로 이루어지는 미세 유체 채널을 제작하는 소프트 리소그래피 (26) 및 복제 성형 기술을 이용한다. 100 μm의 높이 약 100 1,000 μm의 넓은 채널을 제작, 긴 25-65mm. 채널 100 μm의 키가 큰 폭 1,000 μm의, 치수, 65 mm 길이 채널은 일관된 결과를 생산하지만, 다른 사람도 작동 수 있습니다. 대안으로, 유리 모세관 (예를 들어, 1mm 직경, 붕규산 유리) 대신 PDMS 마이크로 채널을 사용한다. </li><li> 액체 금속을 주입하거나, 수동으로 채널을 완전히 채우기 위하여 주사기 펌프를 사용하여 (즉, 1,000 ㎛의, 폭 100 ㎛ 높이, 65 mm 길이 채널 6.5 mm 3). </li><li> 1 M 수산화 나트륨 또는 1 M 염산에 침지 한 면봉을 사용하여, 리튬의 과잉을 제거그래서 채널의 입구 (그리고, 필요한 경우, 출구)에서 파운드 금속, 금속 PDMS의 상면과 같은 높이로 남아. </li><li> 이 전해질 아니라 금속 접촉 (예를 들면, 구리, 백금, 텅스텐 또는 와이어)되도록 애노드 전해질 (예를 들면, 1 M의 NaCl)에있는 채널의 일단 잠수함 및 배치. </li><li> 액체 금속 자체가 캐소드로서 작용하도록 상기 채널의 타단에, 금속 표면에 별도의 전극 (예를 들면, 구리 배선)에 문의. </li><li> 전압 소스 또는 텐쇼 이러한 전선 (즉, 양극과 음극)을 연결하고 전기 회로를 완료합니다. 세 개의 전극 시스템의 경우, 거의 전해질의 드롭에 잠기면되도록 기준 전극을 배치했다. </li><li> 환원 전압을인가하기 전에, 실험을 기록 삼각대 또는 현미경에 비디오 카메라를 탑재. 초점에서 모든 것을 얻을 자동 초점 모드를 사용합니다. 더 나은 제어를 통해이 매뉴얼 포커스를 활용필드, 화이트 밸런스, ISO의 깊이. 필요에 높은 F 정지 (즉, 11 이상), 1/100 번째 셔터, 자동 화이트 밸런스 자동 ISO를 사용합니다. </li><li> 실험을 기록 시작합니다. 마이크로 채널에서 액체 금속을 회수하는 데 약 -1 V를 적용합니다. 중성 전해질 이동 중지 금속을 유발하는 전압의 전원을 끄십시오. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

<html> 이 방법은 표면 산화물의 증착 및 제거를 작은 구동 전압을 사용하여 갈륨 계 액체 금속의 표면 장력을 제어한다. 방법 만 전해질 용액에서 작동되지만,이 간단하고, 다른 다양한 조건에서 작동하지만, 주목할 미묘있다. 전위의 부재, 모두 산성 및 염기성 용액은 산화물 (27)을 에칭하여. 산화 전위의 적용은 산성 및 염기성 용액 모두를 포함하여 수성 전해질의 표면 산화물의 생성을 구동한다. 그러나 산성 또는 염기성 용액에 용해 산화물은 산화물 층의 과도한 형성을 방지하는 산화물의 증착과 경쟁. 두꺼운 산화물 층의 형성은 산화물이 이동에 기계적 장벽을 제공하는 것으로 추정되므로, 유동을 억제한다. 이 억제는 확산 동안 해로울뿐만 아니라, 금속의 형상을 안정화시키는 방법을 제공 할 수있다. e_content가 &quot;&gt; 계면 장력은 전위의 함수로서 연속적으로 변화한다. 표면 장력은 표면 산화물을 제거 전위에서 가장 크다. 인해 고전 electrocapillarity 약간 표면 장력을 감소 더 환원 (이상 음)이다 전위 (참조 ,도 1b). 감소는 패러데이 프로세스 (예를 들어 수소의 형성)에서 발생할 때까지 표면 전위의 함수로서 계속된다. 대조적으로, 표면 장력이 전위로 크게 떨어진다 산화물 형성 제 (도 1b 참조). (정) 전위를 증가시키는 것은 아마도 의한 표면 산화에 더 따르면, 표면 장력을 낮추는 것을 계속한다. &quot;중요한 가능성&quot;을 넘어, 드롭 프랙탈 같은 패턴을 형성하고, 반대 전극으로 이주, 경계없이 확산되기 시작합니다. 이 운동은 방울까지 고장 콘 전압이 제거 될 때까지 계속하거나작업 전극과 재주. 임계 전위 위 영역에 형성된 형상은 여전히​​ 연구 중이지만 제로 근방 인 표면 장력에 기인한다. 상세한 내용은 문헌 1에서 찾을 수있다. 금속의 계면 장력은 전압의 작은 변화에 민감합니다. 이것은 액체 금속에인가 전위 위에 금속 및 제어에 우수한 전기적 접촉을 갖는 것이 중요하다. 또한, 전해액에 산 또는 염기의 존재는 산화물 층을 용해하여 전기 화학적 산화 반응과 경쟁. 이 경쟁 과정의 복잡성의 수준을 추가; 인터페이스에서 발생하는 복잡한 과정을 이해하는 것은이 방법을 발전을 위해 중요하다. 산화 및 환원 공정과 모세관 중 금속의 유동 제어를 제공하기 위해 결합 될 수있다. 예를 들어, 금속으로 capillar를 주입하는 산화 전위를 사용할 수있다(도 3에 도시 된 바와 같이, 선두의 메 니스 커스의 계면 장력을 증가시킴으로써) 모세관으로부터 후퇴 금속을 유도 환원 전위를 사용하여 다음과 (도 2에 도시 된 바와 같이, 선두의 메 니스 커스의 계면 장력을 낮추어) IES (28, 29). 주입 금단 느릴 나타나지만이 접근법의 한계와 기능은 아직 완전히 결정되어야한다. 금속을 주입하는 산화를 사용하여 세 가지 중요한 단계를 포함한다. 첫째, 우리는 모세관 금속 및 금속과 같은 모세관의 벽 사이 물의 얇은 &quot;활성층&quot;를 만들어 판단 전해질 채워져한다. 도 3에 도시 된 바와 같이 제, 모세관에 금속을 주입하는 단계, 금속 비드와 모세관의 끝 부분 사이의 높이의 접촉을 필요로한다.이 밀착은 전위 강하는 전해질 / 금속 계면에서 발생하고 요금 경로 않도록 보장 이 INT를 우회erface. 이것은 금속의 표면 장력을 제어하는​​ 두 개의 전극 또는 3 전극 중 시스템을 사용하는 것이 가능하다. 두 개의 전극 시스템은 작용 전극, 상대 전극, 및 전압원을 필요로 간단하다. 두 전극 계는 데모 적합하지만, 대향 전극의 전위가 드리프트 할 수있다. 민감한 전기 화학적 측정은 3 전극 시스템의 안정성 이점 (즉, 기준 전극과 텐쇼). 이 시스템 전압의 더 나은 제어를 가능하게하고, 현재의 정확한 판독을 제공한다. 적당한 전압을 사용하여 계면 장력을 제어 할 수있는 능력은 서브 mm 길이 규모의 금속 구조물의 형상, 유량, 및 위치를 제어하는​​ 전도 유망한 방법이다. 우리는이 기술이 모양 reconfigura에서 응용 프로그램을 찾을 수있는, 필요에 따라 모양을 변경 금속 구조를 만드는 데 유용 할 수있다 생각BLE 전자, 가변 안테나, 스위치, 마이크로 유체 구성 요소, optofluidics 및 형상 변화 메타 물질.

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

계면 장력을 제어하는​​ 계면 장력이 지배적 힘 서브 밀리미터 길이 스케일에서 유체의 형상, 위치 및 흐름을 조작하기위한 효과적인 방법이다. 다양한 방법이 규모 수성 및 유기 액체의 계면 장력을 제어하기 위해 존재한다; 그러나, 이러한 기술은 그들의 큰 계면 장력 액체 금속 용 유틸리티를 제한하고있다. 액체 금속은 전자 및 전자 장치에있어서, 부드러운 신축성 및 형상 재구성 컴포넌트를 형성 할 수있다. 그것이 기계적 방법 (예를 들어, 펌핑)을 통해 상기 유체를 조작하는 것이 가능하지만, 전자의 방법은, 소형화 제어 및 구현하기 쉽다. 그러나, 대부분의 전기 기술은 자신의 제약이있다 : - 온 - 유전체 일렉트로 겸손 작동을위한 대형 (kV의) 전위, electrocapillarity은, 계면 장력에 상대적으로 작은 변화에 영향을 미칠 수있는 지속적인 ELE이 필요합니다ctrowetting는 모세관 내의 액체 금속 플러그로 제한된다. 여기서, 우리는 전기 화학 반응을 통해 표면 갈륨 갈륨 계 액체 금속 합금을 작동시키기위한 방법을 제시한다. 가역적으로 빠르게 전해질에서 액체 금속의 표면에 전기 잠재력을 제어하고하면 (제로 근처에 ̴500 mN의 / M) 크기의이 원 이상 구매시에 의해 계면 장력을 변경합니다. 또한,이 방법은 대향 전극에 대하여인가 단지 아주 적당한 전위 (V 1은 &lt;)을 필요로한다. 장력의 변화의 결과는 주로 계면 활성제로서 작용하는 표면 산화물 층의 전기 화학 증착에 기인한다; 산화물의 제거는 계면 장력, 반대로 증가합니다. 이 기술은 전해액의 다양한 적용이 놓이는 기판과 무관 할 수있다.

도 1은 산화 및 환원에 대한 간단한 2 전극 기술의 예를 나타낸다. 이때, 1 M NaOH 용액 연락처에 구리선을 배치 액체 금속의 70 μL 강하의 전기적인 접속을 확립한다. 1 M NaOH를 인해 계면 장력까지 비드 금속을 금속의 표면 산화물을 제거하고 있습니다. 드롭 및 백금 메쉬 대향 전극 사이에 2.5 V 전위를인가하면, 드롭의 표면을 산화시킨다과 대향 전극 (도 1A II) 측으로 이주하는 동안 드롭 퍼진다. 액체 금속 -1 V의 전위를인가하면 (NaOH로하여 산화물의 제거 이외에), 산화 업 비드 금속 원인을 제거 의한 환원 전위 (도 1 아이에 드롭 수소 기포를 생성). 수소 기포 인해 아마 용액 양성자 감소 무료 전기 화학적 하프 반응 백금 카운터 전극 상에 형성한다. electrocapillary 곡선 (도 1 B는) 효과, 표면 장력 산화막 형태의 극적인 감소를 나타낸다. 이들 데이터는 포화 Ag / AgCl 기준 전극을 1 M NaOH를 사용하여 촬영 하였다. 이 경우, 개방 회로 전위는 대략 -1.5 V의 Ag / AgCl을 대를, 그리고 산화물 층 대 -1.3 V의 Ag / AgCl을 (점선으로 표시) 부근에 형성. 비슷한 현상 동작에 1 M HCl을 결과의 사용하지만, 심지어 산화 전위에서 금속의 표면에 기포의 형성은 시각적 분석을 어렵게 만든다. (예를 들어, 1 M 수산화 나트륨에 의해 제거된다) 산화물의 부재 하에서, 액체 금속은 노출 된 표면 장력이 높은 액체이고 Figu에 나타낸 바와 같이 구면 형상을 채용2를 다시. 액체 금속 방울을 1 M NaOH로 채워진 모세관 인접 달려있다. 도 2 (B)에 의해 도시 된 바와 같이, 와이프는, 액체 방울의 저부로부터 과잉의 전해질을 제거한다. 구리 와이어는 애노드 및 다른 쪽의 전극을 형성하는 액 적을 접촉 (즉, 음극 그렇지도 2에 도시)은 전해질 채워진 모세관 내부에 달려있다. 도 2 C에 도시 된 바와 같이 모세관의 전해질이 두 전극 사이의 회로를 완성한다. +1 V를인가하는 선도 계면에서 표면 장력을 낮추어도 2 (D)에 나타낸 바와 같이 모세관을 채우기 위해 액체 금속을 야기한다. 금속 튜브의 끝 부분과 일직선이 경우이 실험은 가장 잘 작동합니다. 반면에, 환원 바이어스 산화물을 제거하고, 피부 나 반환큰 표면 장력 상태로 탈. 하나의 예는 그림 3에 표시됩니다. 산화물 피부 중성 전해질 (도 3 AI)에 잠겨 액체 금속의 웅덩이의 형상을 안정화시킨다. 환원 바이어스의인가는도 3에 도시 된 바와 같이 금속 비드가있게 산화물을 제거 피부 (II-III). 이 모세관 행동 (21)을 유도하기 위해 환원 전위를 사용하기 때문에 우리는이 기술 &quot;recapillarity&quot;를 호출합니다. 이 용어의 다른 의미는 모세관 행동이 또는 여러 번 해제 할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 그렇지 않으면 EGaIn (4.1에 기재되어 있음)에서 채널을 안정화 금속 산화물을 감소시킴으로써 PDMS 미세 유체 채널로부터 인출 될 수있다.도 3b는 하나 -D 같은 실험 순서를 도시한다. 우리는 삽입주사기 모세관의 한쪽 끝에 바늘 천천히는 모세관으로 주사기로부터 금속을 강제로 주사기 플런저를 밀어. 우리는 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)로 구성된 사용자 정의 홀더에 채워진 모세관을 배치합니다. 홀더는 전선을 삽입하기 모세관, 두 개의 구멍을 확보하기 위해 2 개의 홈 개의 저장조를 가지며, 또한도 3에 도시 한 바와 같이 B, 테이프 옵션자를 갖는다. 전해질 (예, 수성 나트륨 플루오 라이드)도 3 (C)에 도시 된 바와 같이, 모세관의 단부에 음극을 연결하는 금속을 주입 한 후 저장조에 첨가 하였다. 모세관의 타단에 접촉 관 내부의 대향 전극은 금속 회로를 완성한다. 1V 환원 바이어스를인가하는 인출 D 및도 3에 도시 된 바와 같이, 양극으로부터 멀리 이동하는 금속시킨다. 그 후, 우리는 포지 비교하여 인출 속도를 측정시간에 대한 금속 이온. 하나는 이러한 속도 플롯은 그림 3 전자에 표시됩니다. 금속 멀리 양극에서 이동할 때 속도는 붕괴. 이 속도 붕괴 애노드와 액체 금속 (21) 사이의 전기 저항의 증대에 기인한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig1.jpg" /> 도 1 (A) 및 드롭 백금 카운터 전극의 메쉬 용액에 부착 된 구리 와이어와 1 M NaOH를 잠긴 EGaIn의 드롭. 드롭인가 I) -1 V 전위까지 비드 금속 발생하고 금속의 표면에 수소를 생성한다. II)를 드롭인가 전위 2.5 V 확산 유도한다. (B) 1 M 수산화 나트륨에 EGaIn 드롭의 electrocapillary 곡선. 환원 측면 (-1.4 V 대 자세 / AgCl을 아래 전압) 전통 electrocapillarity를​​ 보여줍니다산화 쪽 참조 1 (저작권 2014 년 국립 과학 아카데미, 미국)에서 채택 된 표면 장력. 그림 1B에 상당한 감소를 보여줍니다 동안 행동. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig2.jpg" /> 산화 바이어스를 사용하여 액체 금속 그림 2. 모세관 주입입니다. (A) 액체 금속 접촉 전해질로 채워진 모세관에 개방 한 방울. (나) 관은 정렬 드롭에 푸시됩니다. 전해질의 과잉 량을 제거 와이프. (C)이 실험 장치의 이미지를 표시. 금속 +1 V의 (D)는 응용 표면 OXID 통해 금속의 표면 장력을 저하ATION 및 유도 흐름. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53567/53567fig3.jpg" /> 도 3 (A) 1 M의 NaF 용액 내의 액체 금속 방울. ⅰ) 산화물 용액에서 안정한 비 구형 퍼들을 허용한다. II는-III) -1 V 잠재력을 적용하면 최대 비드 금속됩니다. (B) 사용자 정의 만든 아크릴 기판 전극이 삽입되는 두 개의 저수지. EGaIn 가득 70mm 길이 1mm ID 유리 모세관은 두 저수지에 걸쳐있다. 기판은 확실하게이 모세관에 맞게 2 개의 홈이있다. 전해질 (C) 강하 한 저장조에 첨가하고, 그대로 다른 저장조가 남겨진다. 때로는 좋은 팁 바늘을 사용하여 최소화 할 수 있습니다 양식을, 거품. ( <stroNG&gt; 환원 편견 D) 응용 프로그램 산화물을 제거하고 철회 할 수있는 금속됩니다. 시간의 함수로 모세 혈관에서 액체 금속의 (E) 탈퇴 속도. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53567/53567fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

방법은 표면 산화와 환원을 통해 액체 금속의 표면 장력을 조작

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 ...

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15.2K 조회수.  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.

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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.

전자 상자성 공명 및 교정 가스 흐름에 의해 탄소 표면의 급진적 자연 탐험

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

연구

화학

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.

토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송

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.

합성 및 디스코 틱 지르코늄 인산염의 각질 제거는 콜로이드 액체 크리스탈을 구하는

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.

스테인레스 스틸 표면의 Uncleanliness 제약 업계에 확인 청소의 실패

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.

활성 표면 성장 메커니즘을 통해 기판 바인딩된 Au 나노 와이어의 합성

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.

Au, Pd, Pt Aerogels 직접 솔루션 기반 감소를 통해 빠른 합성 방법

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.

향상 된 수 분 저항 금속-유기 프레임 워크의 표면 기능화

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.

합성된 성공 탄소 그리고 실리 카 매트릭스의 표면 특성

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.

Nanodiamonds 및은 나노 입자의 그것의 감소의 바이오 영감 Polydopamine 표면 수정

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.

UO2 증 착 직류 스퍼터 링 및 연속 산화와 산소 원자와 원자 수소 감소를 통해 U2O5 영화 준비

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 ...