Surfactant effects on droplet formation in microfluidic systems

表面活性剂对微流体系统中液滴形成的影响

基本信息

  • 批准号:
    2252648
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Multiphase flows in microscale channels allow manipulation of the flow patterns and offer high heat and mass transfer rates. Surfactants are commonly used in a wide variety of applications from emulsification to DNA extraction and inkjet printing, and their effects on droplet formation is of great importance. In this study, the formation of aqueous droplets in an organic continuous phase was studied experimentally using a flow-focusing microchannel in the presence of a range of surfactants. A two-colour PiV system was used to identify changes in the interface during the drop formation and to obtain velocity fields in both phases. A low viscosity silicone oil (0.0046 Pa s) was used as the continuous phase and a mixture of 48% w/w water and 52% w/w glycerol was the dispersed phase. Two cationic surfactants, C12TAB (50 mM) and C16TAB (5 mM) were added in the aqueous phase, at concentrations above the CMC values. An ionic surfactant, SDS (1 mM) was also used to compare the effects on the drop formation. Four regimes of drop formation were identified, namely squeezing, dripping, jetting and threading, whose boundaries changed when the surfactants were present. For all solutions studied, three distinct drop formation stages were identified, expansion, necking and pinch-off. Smaller drops were observed at higher concentrations of surfactant, as expected. The dynamics of surfactant adsorption can play a vital role in the drop formation process and were studied. The effect of dynamic interfacial tension at the characteristic time scale of drop formation becomes more significant at for surfactants with low CMC values, which suggests increased surfactant activity. Using this information the differences between surfactant systems during the transitions between drop formation stages could be explained.
微尺度通道中的多相流动允许操纵流动模式并提供高的传热和传质速率。表面活性剂通常用于从乳化到DNA提取和喷墨打印的各种应用中,并且它们对液滴形成的影响非常重要。在这项研究中,在一系列表面活性剂的存在下,使用流动聚焦微通道的有机连续相中的水液滴的形成进行了实验研究。使用双色PiV系统来识别液滴形成过程中界面的变化,并获得两个阶段的速度场。使用低粘度硅油(0.0046 Pa s)作为连续相,48%w/w水和52%w/w甘油的混合物作为分散相。将两种阳离子表面活性剂C12 TAB(50 mM)和C16 TAB(5 mM)以高于CMC值的浓度加入水相中。还使用离子表面活性剂SDS(ImM)来比较对液滴形成的影响。四个制度的液滴形成,即挤压,滴,喷射和线程,其边界改变时,表面活性剂的存在。对于研究的所有解决方案,确定了三个不同的液滴形成阶段,膨胀,颈缩和夹断。正如预期的那样,在较高浓度的表面活性剂下观察到较小的液滴。表面活性剂的吸附动力学在液滴形成过程中起着至关重要的作用,并进行了研究。动态界面张力的影响在液滴形成的特征时间尺度上变得更加显着,在表面活性剂与低CMC值,这表明增加的表面活性剂活性。使用这些信息,可以解释在液滴形成阶段之间的过渡期间表面活性剂系统之间的差异。

项目成果

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