Optymalizacja właściwości zwilżania dielektryków
Elektrozwilżanie na dielektryku (EWOD) polega na modyfikacji właściwości zwilżania materiału dielektrycznego z zastosowaniem pola elektrycznego. Ostatnio kontrolowanie kropli wody na dielektrycznych materiałach izolacyjnych staje się przedmiotem intensywnych badań. Elektrozwilżanie jest przydatne w wielu rożnych dziedzinach, w których umożliwia projektowanie nowych rodzajów wyświetlaczy, ciekłych soczewek z funkcją automatycznego nastawiania ostrości czy inteligentnego papieru o prędkości wideo. Możliwe jest także modyfikowanie właściwości napięcia powierzchniowego oraz transportowanie, dzielenie, łączenie i mieszanie kropli w systemie "lab-on-a-chip". Przedmiotem projektu "Electrowetting dynamics" (EWETDYNAM) było udoskonalenie materiałów cienkowarstwowych stosowanych w elektrozwilżaniu pod względem kosztów, stabilności i funkcjonalności. Badania dowodzą, że pentatlenek ditantalu jest materiałem cienkowarstwowym łączącym wysoką przenikalność dielektryczną względną z niską gęstością porów. Pentatlenek ditantalu idealnie nadaje się na warstwy izolacyjne do EWOD, ponieważ pozwala na zachodzenie elektrozwilżania przy bardzo niskim napięciu. Część omawianych badań poświęcona była zoptymalizowaniu anodyzacji tantalu. Tantal służy tu za anodę w roztworze elektrolitu. Przez platynową katodę zaczyna przepływać słaby prąd aż do zwiększenia grubości warstwy pentatlenku ditantalu i osiągnięcia wartości maksymalnej przez napięcie anodyzowania. Do scharakteryzowania pentatlenku ditantalu wykorzystano spektroskopię impedancji, mikroskopię sił atomowych oraz elipsometrię. Aby móc manipulować małymi ilościami cieczy za pomocą elektrozwilżania, do układu przyłożono napięcie od 5 do 10 V. Badacze zmierzyli kąt zwilżania i średnicę osadzonych kropel, a także zbadali zmiany kąta zwilżania cieczy. Ustalono, że kąt zwilżania zwiększa się wraz z przyłożonym napięciem aż do osiągnięcia nasycenia. Grubość warstwy zmienia się w zależności od napięcia, a warstwa dielektryczna zaczyna przewodzić prąd, gdy przyłożone napięcie osiąga wartość wyższą niż jedna trzecia napięcia anodyzacji. Po zwiększeniu częstotliwości modulującej zaobserwowano zmniejszenie napięcia. Dzięki zbadaniu roli wielu parametrów w pentatlenku ditantalu, uczestnikom projektu EWETDYNAM udało się lepiej manipulować kroplami za pomocą elektrozwilżania.
