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エレクトロウェッティング（英: Electrowetting）とは、（典型的には疎水性の）表面に電場を印加することにより、濡れ性を変化させることである。
歴史

水銀やその他の液体がさまざまな荷電表面上でエレクトロウェッティングの振る舞いを示すことはより古くから観測されていたが、これを初めて1875年に説明したのはガブリエル・リップマンである。1936年、アレクサンダー・フルムキン（英語版）は表面電荷を用いて水滴の形状を変化させた。エレクトロウェッティングという用語が初めて導入されたのは1981年のことで、G. Beni および S. Hackwood が新型ディスプレイ設計の特許において用いられる効果を説明するために用いられた[1]。化学的・生物学的な液体をマイクロ流体回路中の「液体トランジスタ」により操作することは1980年に J. Brown により調査され、1984年から1988年にかけてアメリカ国立科学財団から絶縁疎水性誘電体層 (EWOD)、非混和性流体、直流および高周波電源、微小な鋸歯型電極アレイと ITO 電極を用いてナノ液滴を直線形、円形、および指示された経路にそってデジタル的に移動させ、流体を圧送・混合させ、貯留し、液体の流れを電気的もしくは光学的に制御する技術に NSF Grants 8760730 & 8822197[2] により資金が拠出された。のちに、アメリカ国立衛生研究所の J. Silver との共同研究により、EWOD ベースの単一流体もしくは非混和性流体の移動、分離、保持およびデジタル PCR サブサンプルの封止手法が公開された[3]。

さらに後に、裸電極上に形成した絶縁層上でのエレクトロウェッティングが Bruno Berge により研究され、1993年に出版された。この誘電体コーティングされた電極上でのエレクトロウェッティングは ElectroWetting-On-Dielectric (EWOD) と呼ばれ、従来の裸電極上でのエレクトロウェッティングとは区別される。金属電極の代わりに半導体を用いた EWOD システムも実証されている[4][5]。また、導電体液滴（例: 水銀）を半導体（例:シリコン）電極上に置いてショットキー接合を形成させ、逆バイアスを印加した場合にもエレクトロウェッティングが観察されており、「ショットキーエレクトロウェッティング」と呼ばれている[6]。この場合、液滴-半導体界面における空間電荷（英語版）領域が EWOD における絶縁体の役割を果たす。

エレクトロウェッティングによるマイクロ流体操作は水中の水銀滴を用いてはじめて実証され、のちに空気中の水、さらに油中の水[7]においても実証された。2次元的経路上の操作も後に実証された。液体を離散的にかつプログラム可能な形で操作するようなアプローチは、「デジタルマイクロ流体回路 (Digital Microfluidic Circuits)」もしくは「デジタルマイクロ流体力学 (Digital Microfluidics)」と称される。EWOD における離散化は、 Cho, Moon, Kim[8] によりチップ上の液滴の作成・輸送・分割・統合の4つの基礎的機能をもったかたちではじめて実証された。
理論液体、絶縁体、電極

エレクトロウェッティング効果は「固体-電解液間に印加される電圧による固体-電解液接触角の変化」と定義される。エレクトロウェッティング現象は、電場が印加された結果として生じる力を考えることにより説明することができる[9][10]。電解液滴の端付近のフリンジ電場は液滴を電極に押し付ける力を生じさせ、巨視的な接触角を小さくし、接触面積を広げる傾向がある。また、熱力学的見地から説明することもできる。表面張力はある面積の表面を生じさせるために必要なヘルムホルツの自由エネルギーとして定義されるが、問題の系におけるヘルムホルツの自由エネルギーは化学的成分と電気力学的成分で書き下すことができる。化学的成分は電場が無い場合の通常の固体-電解液界面の表面張力に等しいが、電気力学的成分は導体と電解液間に形成されるキャパシタに蓄えられるエネルギーに等しく、この成分は印加する電場によって変動する。

エレクトロウェッティング挙動を最も単純に導出するためには熱力学モデルを用いるとよい。一方で、フリンジ場の精密な形状と液滴の局所曲率との相互作用を考慮すると詳細な数理モデルを得ることができる。以下には熱力学的導出を示す。 γ w s {\displaystyle \gamma _{ws}\,} ? 電気力学的成分と化学的成分を総和した電解液と導体との間の総表面自由エネルギー γ w s 0 {\displaystyle \gamma _{ws}^{0}\,} ? 電場の無い場合の電解液と導体との間の表面自由エネルギー γ s {\displaystyle \gamma _{s}\,} ? 導体と外部雰囲気との間の表面自由エネルギー γ w {\displaystyle \gamma _{w}\,} ? 電解液と外部雰囲気との間の表面自由エネルギー θ {\displaystyle \theta } ? 電解液と誘電体との間の巨視的接触角 C {\displaystyle C} ? 一様な厚さ t、比誘電率 εr をもつ誘電体のキャパシタンス ?r?0/t V {\displaystyle V} ? 実効印加電圧