مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اندازه‌گیری کشش بین سطحی در تراشه‌های میکروسیالی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
میلاد ارواحی
قاسم مسعودی
علی اصغر محمدی
دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
تراشه‌های میکروسیالی در دو دهه اخیر به‌دلیل مزایای فراوانی که دارند پیشرفت چشمگیری در زمینه آنالیز پدیده‌های بین سطحی داشته‌اند. برای آنالیز پدیده‌های بین سطحی از جریان قطره در میکروکانال‌ها می‌توان استفاده کرد. در این پژوهش با استفاده از فناوری میکروسیالی، کشش بین سطحی آب- نرمال هگزان در حضور مواد فعال سطحی اندازه‌گیری شده است. برای این منظور، یک تراشه میکروسیالی شیشه‌ای برای تشکیل قطرات هگزان در آب ساخته شد. وابستگی اندازه قطرات به غلظت مواد فعال سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. با موازنه نیروهای ویسکوز و بین سطحی در دبی‌های پایین فاز پراکنده در تراشه میکروسیالی یک معادله به‌دست می‌آید که از آن برای اندازه‌گیری کشش بین سطحی می‌توان استفاده کرد. با استانداردسازی تراشه میکروسیالی به ‌کمک سیستمی که کشش بین سطحی آن معلوم است (که در اینجا نرمال هگزان و محلول توئین ۲۰ در آب مقطر است)، می‎توان برای سایر سیستم‌ها که توانایی تشکیل قطره در میکروکانال را دارند، کشش بین سطحی را با اندازه‌گیری اندازه قطرات تولیدشده اندازه گرفت. در این پژوهش برای غلظت‌های مختلف دو ماده فعال سطحی SDS و CTAB آزمایش تشکیل قطره در تراشه میکروسیالی انجام شده است و نتایج اندازه‌گیری کشش بین سطحی آنها گزارش شده است. نتایج به‌دست‌آمده از روش میکروسیالی با روش حلقه مقایسه شده و مقدار خطای آن کمتر از ۱۰% بوده است.
کلیدواژه‌ها
کشش بین سطحی
میکروسیالی
ماده فعال سطحی

موضوعات

عنوان مقاله English

Interfacial Tension Measurement Using Microfluidics

نویسندگان English

M. Arvahi
S.Gh. Masoudi
A. Mohammadi
Chemical & Petroleum Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Microfluidic chips in the last two decades have had significant advances in the analysis of interfacial tension phenomenon due to their many advantages. To analyze interfacial tension phenomena, droplet flow in microchannels can be used. In this study, water-n-hexane interfacial tension in the presence of surface-active agents was measured, using microfluidic tensiometry. For this purpose, a glass microfluidic flow-focusing junction was fabricated for generating n-hexane droplets within an aqueous phase. The dependence of droplet size on the concentration of surfactants has been investigated. A theoretical equation was developed, considering force balance on the droplet generation in the microfluidic device, giving a relation between the interfacial tension and the generated droplet sizes. By standardizing the microfluidic chips with the aid of a system, whose interfacial tension is known (hexane normal and tween 20 in distilled water), interfacial tension can be measured with measuring the size of produced droplets for other systems that can form droplets in the microchannel. In this study, the microfluidic device and the relation were employed to measure the interfacial tension in the presence of either of sodium dodecyl sulphate (SDS) or Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) surfactants. It was found that the measured interfacial tensions deviate less than 10% compared to those measured with a commercially available ring method.

کلیدواژه‌ها English

Interfacial tension
Microfluidics
surfactant
Nguyen NT, Wereley ST. Fundamentals and applications of microfluidics. 2nd Edition. Norwood: Artech House; 2002. [Link]
Haeberle S, Zengerle R. Microfluidic platforms for lab-on-a-chip applications. Lab on a Chip. 2007;7(9):1094-1110. [Link] [DOI:10.1039/b706364b]
Christopher GF, Anna SL. Microfluidic methods for generating continuous droplet streams. Journal of Physics D Applied Physics. 2007;40(19):R319-R336. [Link] [DOI:10.1088/0022-3727/40/19/R01]
Priest C, Reid MD, Whitby CP. Formation and stability of nanoparticle-stabilised oil-in-water emulsions in a microfluidic chip. Journal of Colloid and Interface Science. 2011;363(1):301-306. [Link] [DOI:10.1016/j.jcis.2011.07.060]
Razzaq T, Glasnov TN, Oliver Kappe C. Continuous-flow microreactor chemistry under high-temperature/pressure conditions. European Journal of Organic Chemistry. 2009;2009(9):1321-1325. [Link] [DOI:10.1002/ejoc.200900077]
Kim YH, Zhang L, Yu T, Jin M, Qin D, Xia Y. Droplet-based microreactors for continuous production of palladium nanocrystals with controlled sizes and shapes. Small. 2013;9(20):3462-3467. [Link] [DOI:10.1002/smll.201203132]
Hu J, Zhou Sh, Sun Y, Fang X, Wu L. Fabrication, properties and applications of Janus particles. Chemical Society Reviews. 2012;41(11):4356-4378. [Link] [DOI:10.1039/c2cs35032g]
Wang K, Lu YC, Xu JH, Luo GS. Determination of dynamic interfacial tension and its effect on droplet formation in the T-shaped microdispersion process. Langmuir. 2009;25(4):2153-2158. [Link] [DOI:10.1021/la803049s]
Umbanhowar PB, Prasad V, Weitz DA. Monodisperse emulsion generation via drop break off in a coflowing stream. Langmuir. 2000;16(2):347-351. [Link] [DOI:10.1021/la990101e]
Steegmans MLJ, Warmerdam A, Schroën KGPH, Boom RM. Dynamic interfacial tension measurements with microfluidic Y-junctions. Langmuir. 2009;25(17):9751-9758. [Link] [DOI:10.1021/la901103r]
Zou H, Wu Sh, Shen J. Polymer/silica nanocomposites: Preparation, characterization, properties, and applications. Chemical Reviews. 2008;108(9):3893-3957. [Link] [DOI:10.1021/cr068035q]
Berry JD, Neeson MJ, Dagastine RR, Chan DYC, Tabor RF. Measurement of surface and interfacial tension using pendant drop tensiometry. Journal of Colloid and Interface Science. 2015;454:226-237. [Link] [DOI:10.1016/j.jcis.2015.05.012]
Hudson SD, Cabral JT, Goodrum Jr WJ, Beers KL, Amis EJ. Microfluidic interfacial tensiometry. Applied Physics Letters. 2005;87(8):081905. [Link] [DOI:10.1063/1.2034098]
Xu JH, Li SW, Lan WJ, Luo GS. Microfluidic approach for rapid interfacial tension measurement. Langmuir. 2008;24(19):11287-11292. [Link] [DOI:10.1021/la801526n]
Zhang DF, Stone HA. Drop formation in viscous flows at a vertical capillary tube. Physics of Fluids. 1997;9(8):2234-2242. [Link] [DOI:10.1063/1.869346]
Lin CH, Lee GB, Lin YH, Chang GL. A fast prototyping process for fabrication of microfluidic systems on soda-lime glass. Journal of Micromechanics and Microengineering. 2001;11(6):726-732. [Link] [DOI:10.1088/0960-1317/11/6/316]
Starkweather BA, Zhang X, Counce RM. An experimental study of the change in the contact angle of an oil on a solid surface. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2000;39(2):362-366. [Link] [DOI:10.1021/ie980693g]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 4
فروردین 1398
صفحه 911-918