Экспериментальное исследование выпрямления электрического тока в жидкостных микродиодах на основе электрокинетической неустойчивости
УДК
532, 537.2, 537.36Аннотация
Экспериментально реализована новая идея выпрямления тока в микромасштабах, которая заключается в использовании комбинированной асимметрии потока ионов в зависимости от направления, а именно геометрической асимметрии и асимметрии, вызванной электрокинетической неустойчивостью. Прибор представляет собой макро- и микроканал, разделённые полупроницаемой электрической мембраной. Для изготовления устройства использован стандартный метод фотолитографии; эксперименты проведены в частотном диапазоне 1-10 Гц, сила тока до 20 мкA. Приложенное напряжение менялось вплоть до 1000 В. При напряжениях порядка 700 В были зафиксированы нерегулярные колебания тока (порядка 1%), при которых качество выпрямления тока резко возрастало. Авторы связывают это явление с возникновением микровихрей в макроканале вследствие электрокинетической неустойчивости и их отсутствием в микроканале, что дает дополнительную асимметрию системе по отношению к направлению потока ионов, приводящую к лучшему выпрямляющему эффекту.
Ключевые слова:
микродиод, жидкостное выпрямление тока, электрокинетическая неустойчивость, фотолитография, полупроницаемая мембрана, геометрическая асимметрия, электролитИнформация о финансировании
Работа выполнена при поддержке РФФИ (13-08-96536_р_юг_а, 14-08-00789 А, 14-08-01171 А).
Библиографические ссылки
- Nguyen N.T., Wereley S.T. Fundamentals and applications of microfluidics. Boston, Artech House. 2006. 520 p.
- Cheng L-J., Guo L-J. Nanofluidic diodes // Chem. Soc. Rev. 2010. Vol. 39. P. 923-938.
- Vlassiouk I., Siwy Z.S. Nanofluidic diode // Nano Lett. 2007. Vol. 7. P. 552-556.
- Karnik R., Duan C., Castelino K., Daiguji A., Majumdar A. Rectification of Ionic Current in a Nanofluidic Diode // Nano Lett. 2007. Vol. 7. No 3. P. 547-551.
- Siwy Z. Ion-Current Rectification in Nanopores and Nanotubes with Broken Symmetry // Adv. Funct. Mater. 2006. Vol. 16. P. 735-746.
- Wei Ch., Bard A.J., Mirkin M.V. Scanning Electrochemical Microscopy. Application of SECM to the study of charge transfer processes at the liquid/liquid Interface // Phys. Chem. 1995. Vol. 99. No 43. P. 16033-16042.
- Daiguji H., Oka Y., Shirono K. Nanofluidic Diode and Bipolar Transistor // Nano Lett. 2005. Vol. 5. P. 2274-2280.
- Chang, H.-C., Yossifon, G. Understanding electrokinetics at the nanoscale: A perspective // Biomicrofluidics. 2009. Vol. 3. P. 012001-012016.
- Yossifon G., Chang H.-C. Selection of Nonequilibrium Overlimiting Currents: Universal Depletion Layer Formation Dynamics and Vortex Instability // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. P. 254501-254505.
- Демёхин Е. А., Барышев М. Г., Ганченко Г.С., Горбачёва Е.В. Об одном принципе выпрямления тока в микромасштабах // Прикладная механика и техническая физика. 2014. № 5. С. 21-27. [Demekhin E.A., Baryshev M.G., Ganchenko G.S., Gorbachjova E.V. Ob odnom principe vyprjamlenija toka v mikromasshtabah [On a principle of rectification in the microscale]. Prikladnaja matematika i teoreticheskaja fizika [Applied mathematics and theoretical physics], 2014, no. 5, pp. 21-27. (In Russian)]
- Демёхин Е.А., Барышев М.Г., Горбачева Е.В., Франц Е.А. К теории жидкостного микродиода // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2013. № 3. C. 31-37. [Demekhin E.A., Baryshev M.G., Gorbacheva E.V., Franc E.A. K teorii zhidkostnogo mikrodioda [On the theory of liquid mikrodioda]. Jekologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo jekonomicheskogo sotrudnichestva [Ecology bulletin of research centers of the Black Sea Economic Cooperation], 2013, no. 3, pp. 31-37. (In Russian)]
- Chang H.-C., Yossifon G., Demekhin E.A. Nanoscale Electrokinetics and Microvortices: How Microhydrodynamics Affects Nanofluidic Ion Flux // Annu. Rev. Fluid Mech. 2012. Vol. 44. P. 401-426.
- Zaltzman B., Rubinstein I. Electroosmotic slip and electroconvective instability // J. Fluid Mech. 2007. Vol. 579. P. 173-226.
- Belova E.I., Lopatkova G.Y., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V., Larchet C., Pourcelly G. Effect of anion-exchange membrane surface properties on mechanisms of overlimiting mass transfer // J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. No. 27. P. 13458-13469.
Скачивания
Загрузки
Даты
Поступление
После доработки
Публикация
Как цитировать
Лицензия
Copyright (c) 2014 Франц Е.А., Шиффбауэр Д., Демёхин Е.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
