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La fotoelectrohumectación es una modificación de las propiedades de humectación de una superficie (normalmente una superficie hidrófoba ) mediante luz incidente. [1]
Principio de funcionamiento
Mientras que la electrohumectación ordinaria se observa en superficies que consisten en una pila de líquido / aislante / conductor , la fotoelectrohumectación se puede observar reemplazando el conductor con un semiconductor para formar una pila de líquido/aislante/semiconductor. Esto tiene propiedades eléctricas y ópticas similares a la pila de metal/aislante/semiconductor utilizada en transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor ( MOSFET ) y dispositivos acoplados a carga (CCD). Reemplazar el conductor con un semiconductor da como resultado un comportamiento de electrohumectación asimétrico (en términos de polaridad de voltaje ), dependiendo del tipo y la densidad de dopaje del semiconductor .
La luz incidente sobre la banda prohibida del semiconductor crea portadores fotoinducidos a través de la generación de pares electrón-hueco en la región de agotamiento del semiconductor subyacente. Esto conduce a una modificación de la capacitancia de la pila aislante/semiconductor, lo que resulta en una modificación del ángulo de contacto de una gota de líquido que reposa sobre la superficie de la pila de forma continua, que también puede ser irreversible. [2] El efecto de fotoelectrohumectación puede interpretarse mediante una modificación de la ecuación de Young - Lippmann . [3]
La figura ilustra el principio del efecto de fotoelectrohumectación. Con polarización cero (0 V), la gota conductora tiene un ángulo de contacto grande (imagen de la izquierda) si el aislante es hidrófobo . A medida que aumenta la polarización (positiva para un semiconductor de tipo p , negativa para un semiconductor de tipo n ), la gota se expande, es decir, el ángulo de contacto disminuye (imagen del medio). En presencia de luz (que tiene una energía superior a la banda prohibida del semiconductor), la gota se expande más debido a la reducción del espesor de la región de carga espacial en la interfaz aislante/semiconductor (imagen de la derecha).
Actuación óptica de MEMS
Se ha demostrado la fotoactivación de sistemas microelectromecánicos (MEMS) mediante fotoelectrohumectación., [4] [5] Se coloca un micro voladizo sobre la unión del líquido-aislante-fotoconductor. A medida que la luz incide sobre la unión, la fuerza capilar de la gota sobre el voladizo, debido al cambio del ángulo de contacto, desvía el voladizo. Esta activación inalámbrica se puede utilizar como sustituto de los complejos sistemas basados en circuitos que se utilizan actualmente para el direccionamiento óptico y el control de sensores inalámbricos autónomos [6].
Transporte de gotas
La fotoelectrohumectación se puede utilizar para hacer circular gotitas sésiles basadas en una solución acuosa sobre una oblea de silicio cubierta con dióxido de silicio y teflón , este último proporcionando una superficie hidrófoba . El transporte de las gotitas se logra enfocando un láser en el borde delantero de la gotita. Se pueden lograr velocidades de gotitas de más de 10 mm/s sin la necesidad de electrodos con patrones subyacentes . [7]
Véase también
Referencias
- ^ S. Arscott, 'Líquidos en movimiento con luz: fotoelectrohumectación en semiconductores', Sci. Rep. 1, 184, (2011). Informes científicos: Nature Publishing Group.
- ^ Palma, Cesar; Deegan, Robert (5 de enero de 2015). "Electrohumectación en semiconductores". Applied Physics Letters . 106 (1): 014106. doi :10.1063/1.4905348. S2CID 15032848.
- ^ Arscott, Steve (3 de julio de 2014). "Electrohumectación y semiconductores". RSC Advances . 4 (55): 29223. doi :10.1039/c4ra04187a.
- ^ Gaudet, Matthieu; Arscott, Steve (28 de mayo de 2012). "Actuación óptica de sistemas microelectromecánicos mediante fotoelectrohumectación". Applied Physics Letters . 100 (22): 224103. arXiv : 1201.2873 . doi :10.1063/1.4723569. S2CID 119208424.
- ^ "Equipo de investigación crea un circuito de fotoelectrohumectación".
- ^ Yick, Jennifer, Biswanath Mukherjee y Dipak Ghosal. "Estudio de redes de sensores inalámbricos". Computer Networks 52.12 (2008): 2292-330. Web.
- ^ C. Palma y RD Deegan "Traducción de gotitas accionada por fotoelectroencefalografía" Langmuir 34, 3177 (2018). doi :10.1021/acs.langmuir.7b03340.
Enlaces externos
- Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Universidad de Lille
- El Grupo Deegan - Universidad de Michigan