Investigating the Nucleation Kinetics of Calcium Carbonate Using a Zero-Water-Loss Microfluidic Chip
Investigating the Nucleation Kinetics of Calcium Carbonate Using a Zero-Water-Loss Microfluidic Chip
复制标题
使用零失水微流控芯片研究碳酸钙的成核动力学
DOI：
10.1021/acs.cgd.0c00191
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发表时间：
2020-03
影响因子：
3.8
通讯作者：
Li Gang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Zongwei;Gao Yuan;Meldrum Fiona;Shui Lingling;Wang Zhijun;Li Shunbo;Li Gang
表征
成核过程的研究对发展战略至关重要
在许多工业、大气、生物
地质环境。一种研究成核的有效途径
过程是使用大量的小的，相同的体积，
其中这些最小化杂质的影响，所述杂质可以在
本体溶液，并允许随机性质的成核，
考虑了在这里，我们提出了一种多层微流体装置，
成核研究，可用于进行10 000同时
在相同的微腔中进行反应，其中500个用于
研究成核动力学。与基于液滴的系统不同，
需要表面活性剂，并且存在整合的水
水库防止水的流失，使研究能够进行，
持续时间长。该装置用于研究钙的成核
在存在和不存在镁离子的情况下的碳酸盐。两个不同
成核速率分别为286 cm-3 s-1和12.6 cm-3 s-1
在没有镁的情况下，快速的速率可能来自于
含有杂质的微腔。成核速率为
在镁离子的存在下显著降低，
更加复杂。因此，该设备是研究
在无表面活性剂的环境中缓慢的成核过程。
Characterization
of nucleation processes is essential to the development of strategies
to control crystallization in many industrial, atmospheric, biological,
and geological environments. An effective route to studying nucleation
processes is the use of large numbers of small, identical volumes,
where these minimize the effects of impurities that can dominate in
bulk solution and allow the stochastic nature of nucleation to be
considered. Here, we present a multilayered microfluidic device for
nucleation studies that can be used to carry out 10 000 simultaneous
reactions in identical microcavities, and 500 of them are used for
investigating nucleation kinetics. Unlike droplet-based systems, no
surfactants are required, and the presence of an integrated water
reservoir prevents water loss, allowing studies to be performed for
long durations. This device was used to study the nucleation of calcium
carbonate in the presence and absence of magnesium ions. Two distinct
nucleation rates of 286 cm–3 s–1 and 12.6 cm–3 s–1 were observed
in the absence of magnesium, where the rapid rate likely derives from
microcavities containing impurities. The nucleation rate was then
significantly reduced in the presence of magnesium ions, and the profile
was more complex. This device is therefore an ideal platform for studying
slow nucleation processes in surfactant-free environments.
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