دراسة عن آلية microfluidic الخالط سحق مجموعات من جزيئات نانو

أولاً - مقدمة

هذه الورقة هي جزء من موضوع خاص عن microfluidic الخالط التطبيق .

خلاصة

مايكرو جت الخالطنانو السيليكا مجموعات يمكن أن تتحلل إلى المجاميع حوالي 150 نانومتر بكفاءة .سحق آلية تآكل أساسا ، صفاء النهائي يتحدد من المواد نفسها .وتظهر النتائج أن الطاقة اللازمة لتحقيق التحلل ( مثل ضغط التشغيل و مرات العلاج ) يزيد مع زيادة تركيز الجسيمات أو لزوجة السائل . هذه المعدات لديها كثافة الطاقة العالية ، حتى يمكن أن تتحول إلى انخفاض اللزوجة هلام تشتت نيوتن السائل في تركيز عال ، مما يدل على تشتت قوي القدرة .

الكلمات الرئيسية

مايكرو جت الخالط ؛ تشتت جسيمات متناهية الصغر . سحق كسر التحلل

ثانياً - الإطار العام

ثالثاً - مقدمة

كما معدات عالية الكثافة ، microfluidic المعالج يستخدم على نطاق واسع في مستحلب ، تعليق ، خلية كسر ، نانو مواد التوليف . جنبا إلى جنب مع التطور السريع في تكنولوجيا النانو ، وتحقيق كفاءة عالية تفريق ( التجميع ) من جزيئات نانو في السائل أصبح خطوة رئيسية في التطبيق التجاري .

ومع ذلك ، فإن الإنتاج الضخم من جسيمات متناهية الصغر عادة ما يتم عن طريق لهب الانحلال الحراري ، مسحوق يتكون من المجاميع و المجاميع التي شكلتها الجسيمات الأولية .

التقليدية النمام لا يمكن تحقيق تشتت الفرعية ميكرون ، لذلك يجب أن تعتمد على قوة عالية المعدات مثل الدوار الموالي ، وارتفاع ضغط الخالط . الغرض من هذه الدراسة هو تقييم أداء آلية وديناميات التجارية الدقيقة fluidic المعالج في التحلل من nano-sio2 مجموعات .

تفسير المصطلحات

رابعاً - العمليات الأساسية

مشروع	محتوى
المعدات الأساسية	مايكرو جت الخالط ( ض نوع التفاعل الدائرة ، قناة حجم 100 ميكرومتر )
على النقيض من المعدات	سيلفيرسون على الخط الدوار الموالي ( مجهزة emsc مستحلب الرأس )
ضغط التشغيل	35 , 69 , 103 الآلام والكروب الذهنية ( أي 5 , 10 , 15 KPSI )
تفريق المرحلة	Aerosil ® 200V السيليكا مدخن ( حجم الجسيمات الأولية 12 نانومتر ، ماء )
المرحلة المستمر	الماء المقطر ( اللزوجة 0.001pa * ق ) والجلسرين الحل ( اللزوجة 0.01 , 0.09 pa * ق )
دراسة المتغيرات	تركيز الجسيمات ( 1 ، 5 ، 10 ، 15 ، 17 ٪ من الوزن ) ؛ المرحلة المستمر اللزوجة ( 1 ٪ من الوزن )
المعالجة	تشتت الأولية باستخدام up200s هايلشير بالموجات فوق الصوتية لمنع انسداد
طريقة توصيف	تحليل حجم الجسيمات ( بيكمان كولتر ls230 ) ؛ علم التشكل المورفولوجيا الملاحظة ( فاي xl30 sfeg SEM ) ؛ قياس الانسيابية ( مراقبة الجودة )

خامساً - النتائج والمناقشات

مدخلات الطاقة

كثافة الطاقة من microfluidic الخالط تحت ضغط التشغيل من 35 إلى 103 الآلام والكروب الذهنية يمكن أن تصل إلى 7.8 × 10 مكعب إلى 1.5 × 10 كيلوواط / متر مكعب من نبض حجم الأسلوب .

الريولوجيا من التشتت المتوسطة

تركيز منخفض ( 1 في المائة ) ® سلوك الريولوجية 200V الجلسرين التشتت ( اللزوجة 0.01 و 0.09 باسكال · ق ) هو نفسه كما ان من محض المذيبات ، وكلاهما يظهر مائع نيوتوني .

وعلى النقيض من ذلك ، فإن تركيز عال ( 15 ٪ و 17 ٪ ) من المياه القائمة على predisperses تظهر عادة pseudoplastic القص تمييع السلوك ، وتدفق منحنى يتوافق مع قانون السلطة نموذج ( على سبيل المثال ، في تركيز 15 ٪ ، تاو = 0.033 γ ^ 0.81 ، ص = 0.9998 ) ، مما يدل على أن هناك شبكة ثلاثية الأبعاد هلام بين الجسيمات .

والأهم من ذلك ، بعد ارتفاع القص العلاج ( على سبيل المثال ، بعد مرور واحد من 15 ٪ تركيز العينة ) من microfluidic الخالط ، هيكل الشبكة دمرت على نحو فعال ، سلوك الريولوجية من التشتت هو تحويلها إلى مائع نيوتوني ، اللزوجة انخفضت بشكل ملحوظ إلى حوالي 0.004-0.006 باسكال · ق .

آلية كسر nanoparticle مجموعات من microfluidic الخالط

وقد كشفت الدراسة أن تآكل هو الآلية الرئيسية التي تتحطم nanoparticle مجموعات من مايكرو جت الخالط . تطور توزيع حجم الجسيمات إلى أن حجم أكبر مجموعة انخفض تدريجيا ، في حين أن نسبة الجسيمات الدقيقة submicron زيادة مطردة ، والتي هي سمة نموذجية من التآكل . هذه الآلية تتفق مع النتائج التي تم الحصول عليها في وقت سابق من قبل المؤلفين على الخط الدوار الموالي الجهاز . وهذا يدل على أنه حتى في كثافة الطاقة العالية microfluidic الخالط ،سحق آلية تحددها طبيعة المواد نفسها ( الصلبة والسائلة النظام ) ، وليس نوع المعدات أو ظروف التشغيل .لأن توزيع حجم الجسيمات في كثير من الأحيان يظهر النسقين بعد العلاج ، التحليل التالي يركز على تغيير سوتر متوسط القطر و حجم جزء من submicron الجسيمات الدقيقة .

تأثير تركيز الجسيمات مدخلات الطاقة على سحق حركية

في ظل حالة من انخفاض تركيز ( 1 ٪ و 5 ٪ ) ، التحلل من مجموعات يمكن أن يتحقق إلا من خلال microfluidic الخالط في وقت واحد . ومع ذلك ، عند زيادة التركيز إلى 10 ٪ أو أكثر ، من أجل تحقيق مستوى submicron التشتت ، يجب زيادة عدد العمليات أو زيادة ضغط التشغيل ( أي مدخلات الطاقة ) . تطور توزيع حجم الجسيمات يؤكد أيضا أن الآلية الرئيسية الكسر هو تآكل في جميع التركيزات . بيانات محددة تبين أن الجسيمات الدقيقة جزء يمكن أن تصل إلى أكثر من 85 ٪ في الجولة الأولى من العلاج ، و 100 ٪ من التحلل يمكن أن يتحقق في نهاية المطاف من خلال تحسين ظروف التشغيل . هذا يدل على أن زيادة مدخلات الطاقة يمكن التغلب على نحو فعال في إبطاء تفكك حركية عالية التركيز النظام .

تأثير اللزوجة و مدخلات الطاقة من التشتت المتوسطة على سحق حركية

بعد الحفاظ على تركيز منخفض من 1 ٪ من الجسيمات ، اللزوجة من التشتت المتوسطة هو زيادة من 0.001 باسكال · ق ( الماء ) إلى 0.01 باسكال · ق ( الجلسرين الحل ) ، عدد مرات demolymerization المطلوب زيادة من مرة واحدة إلى ثلاث مرات في 35 الآلام والكروب الذهنية الضغط . عندما يزيد اللزوجة 0.09 باسكال · ق ، عملية الكسر هو مزيد من التأخير . ومع ذلك ، فإن الآثار السلبية الناجمة عن اللزوجة العالية يمكن أن يعوض على نحو فعال من خلال زيادة ضغط التشغيل ( أي مدخلات الطاقة ) ، على سبيل المثال ، في 103 ميغاباسكال ، تفريق 0.09 باسكال · ق يمكن معالجتها من قبل اثنين فقط من يمر . بالمقارنة مع تأثير تركيز الجسيمات ، وزيادة اللزوجة يمكن أن تقلل بشكل كبير من عدد رينولدز ، وزيادة حجم الجسيمات ، وبالتالي الحد من الاضطراب .

الحد من التشتت -- الحد الأدنى من حجم الجسيمات المتاحة

متوسط قطرها الجسيمات الدقيقة سوتر مستقرة في حوالي 150 نانومتر ، بغض النظر عن اختلاف ضغط التشغيل ، وتركيز الجسيمات أو استمرار المرحلة اللزوجة . هذا الحجم هو أكبر بكثير من حجم الجسيمات الأولية المسمى 12 نانومتر .يشار إلى أن الحد من سحق الميكانيكية ليست الجسيمات الأولية ، ولكن المجاميع .منتدى

هذه الظاهرة تنبع من عملية إنتاج المواد : في درجة حرارة اللهب ، الجسيمات الأولية تتصادم ، اندمجت و تنصهر من خلال جسر قوي الترابط ، من خلال جسر قوي الترابط - si-o-si-bridge جزء من الانصهار ، تشكيل قوة ميكانيكية من الصعب فصل المجاميع .ولذلك ، فإن الحد الأدنى من الوصول إلى حجم يعتمد أساسا على خصائص المواد نفسها .منتدى

مقارنة أداء المعدات

أداء مايكرو جت الخالط على الخط الدوار الموالي مقارنة . وتظهر النتائج أن الآلية الرئيسية اثنين من المعدات هي تآكل ، متوسط قطرها الجسيمات الدقيقة يمكن أن تصل في نهاية المطاف هو نفسه ( حوالي 150 نانومتر ) .تشتت النهائي صفاء يتحدد خصائص الموادعندما كثافة الطاقة هو نفسه ، وكسر حركية مماثلة . ومع ذلك ، في ظل حالة من اللزوجة العالية ، microfluidic الخالط يظهر ميزة كبيرة ، و معدل توليد الجسيمات الدقيقة أعلى بكثير من الدوار الموالي . هذا الفرق يرجع إلى حقيقة أن microfluidic الخالط يمكن أن توفر أعلى كثافة الطاقة من عدة أوامر من حجم ، وبالتالي أكثر فعالية في التغلب على تأثير اللزوجة العالية على الاضطراب . على الرغم من أن اثنين من المعدات لا يمكن استبدالها مباشرة بسبب اختلاف حجم العلاج ( مختبر الصف الصف الصناعية ) ، نتائج المقارنة تسليط الضوء على أداء microfluidic الخالط في علاج اللزوجة العالية nanodisperses . . . . . . .

سادساً - الاستنتاجات

في هذه الدراسة ، أداء microfluidic المجانسة المستخدمة في التحلل من nanosized السيليكا مجموعات تم تقييمها بشكل منتظم .

1. كفاءة عالية القدرة على التحللهذه المعدات يمكن أن ندرك depolymerization بفعالية ، ويمكن الحصول على حوالي 150 نانومتر تشتت صفاء في تركيز الجسيمات تصل إلى 17 ٪ و 0.09 باسكال · ق اللزوجة .

2. سحق آلية الحدسحق الآلية الرئيسيةتآكلوعلاوة على ذلك ، فإن الحد الأدنى من الوصول إلى حجم يعتمد على خصائص المواد نفسها ، والقوة الميكانيكية لا يمكن أن تدمر الصلبة المجاميع التي شكلتها لهب الأسلوب .

3. مفتاح التشغيل المعلمةس

• تركيز منخفض / اللزوجةسحق يمكن أن تكتمل في المرة القادمة .
• مع .تركيز الجسيماتأوالمرحلة المستمر اللزوجةزيادة ، إبطاء حركية الكسر ، تحتاج إلىأعلى تمرير أو ضغط التشغيل( مدخلات الطاقة ) لتحقيق اللامركزية .
• زيادة اللزوجةعن طريق الحد من عدد رينولدز وقمع الاضطراب ، تأثير تركيز معينأكثر وضوحامنتدى

4. سلوك الريولوجية الانتقال: معدات عالية الطاقة القصثلاثي الأبعاد هيكل الشبكة تدمير تشتت عالية التركيزمن pseudoplastic السائل إلى سائل نيوتوني .

5. ميزة أداء المعداتبهكثافة الطاقةكسر الكفاءة في نظام اللزوجة العاليةمتفوقة على خط الدوار المواليمنتدى

إن microfluidic الخالط هو أداة قوية لإعداد nanodisperses على نطاق واسع ، سحق الآلية النهائية صفاء تحددها المواد ، في حين أن سحق حركية يمكن تحسينها من خلال عملية المعلمات .

الحل العام مايكرو جت التجانس