Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
20 мкл жидкого мрамора, покрытого тефлоновым порошком

Жидкие шарики капелька антипригарного (обычно водный ) , обернутая микро- или нано-метрически масштабируются гидрофобные , коллоидные частицы ( тефлон , полиэтилен , Lycopodium порошок , сажа и т.д.); представляет собой платформу для разнообразных химических и биологических приложений. [1] [2] [3] Жидкие шарики также встречаются в природе; тля превращает капельки пади в шарики. [4] Различные неорганические и органические жидкости могут быть превращены в жидкие шарики. [3] [5][6] Жидкие шарики обладают эластичными свойствами и не слипаются при отскоке или легком нажатии. [6] Жидкие шарики демонстрируют потенциал в качестве микрореакторов, микроконтейнеров для выращивания микроорганизмов и клеток , устройств микрогидравлики и даже используются в нетрадиционных вычислениях . [5] [6] [7] Жидкие шарики остаются стабильными на твердых и жидких поверхностях. [1] [8] Сообщается о статике и динамике качения и подпрыгивания жидких шариков. [9] [10] Жидкие шарики с полидисперсным [6] и монодисперсным покрытием.о частицах не сообщалось. [11] Жидкие шарики не покрыты твердыми частицами герметично, а связаны с газовой фазой. Исследована кинетика испарения жидких шариков. [12] [13] [14]

Межфазные водяные шарики [ править ]

Впервые о жидких шариках сообщили П. Ауссиллус и Д. Кере [1] в 2001 году, которые описали новый метод создания переносимых капель воды в атмосферной среде с гидрофобным покрытием на их поверхности для предотвращения контакта между водой и твердой землей ( Фигура 1). Жидкие шарики представляют собой новый подход к переносу жидкой массы на твердую поверхность, который в достаточной мере превращает неудобные стеклянные контейнеры в гибкое, определяемое пользователем гидрофобное покрытие, состоящее из порошков гидрофобных материалов. С тех пор применение жидких шариков в массопереносе без потерь, микрофлюидике и микрореакторах широко исследуется. [15] [16][17] [18] Однако жидкие шарики отражают только поведение воды на границе раздела твердое тело-воздух, в то время как нет сообщений о поведении воды на границе раздела жидкость-жидкость в результате так называемого явления каскада коалесценции.

Рис. 1. Жидкий шарик на предметном стекле.

Когда капелька воды находится в контакте с водохранилищем, он быстро отщипывать из резервуара и образует меньшую дочь капельку, в то время как эта дочь капелька будет продолжать проходить через процесс аналогичного контакт-отщипывать-расщепление до завершения коалесценции в резервуар, комбинация или сводка этих самоподобных процессов коалесценции называется каскадом коалесценции. [19] Механизм, лежащий в основе каскада коалесценции, был подробно изучен, но были попытки контролировать и использовать его. [20] [21] [22]До недавнего времени Liu et al. заполнила эту пустоту, предложив новый метод управления каскадом коалесценции с помощью наноструктурированного покрытия на границе раздела жидкость-жидкость - жидких шариков на границе раздела фаз. [23]

Рис. 2. Межфазный водный шарик, сидящий на границе раздела гексан-вода.

Подобно жидким шарикам на границе твердое тело-воздух, межфазные жидкие шарики построены на границе раздела гексан / вода с использованием капель воды с поверхностным покрытием, состоящим из наноразмерных материалов со специальной смачиваемостью (рис. 2). Чтобы реализовать межфазные водяные шарики на границе раздела гексан / вода, размер отдельных частиц поверхностного слоя покрытия должен быть как можно меньше, чтобы можно было минимизировать линию контакта между частицами и резервуаром с водой; особая смачиваемость со смешанной гидрофобностью и гидрофильностьютакже является предпочтительным для образования водного мрамора на границе раздела фаз. Водный мрамор на границе раздела фаз можно изготовить, сначала покрывая каплю воды наноматериалами со специальной смачиваемостью, например гибридными углеродными нанопроводами, оксидом графена . Затем наносится вторичный слой покрытия из поливинилиденфторида.(PVDF) наносится на каплю воды с покрытием. Капля воды с двойным покрытием затем заливается в смесь гексан / вода и в конечном итоге оседает на границе раздела гексан / вода с образованием межфазного водяного шарика. Во время этого процесса покрытие PVDF быстро диффундировало в гексан, чтобы сбалансировать гидрофобное взаимодействие между гексаном и каплей воды, в то время как наноматериалы быстро самоорганизовывались в наноструктурированный защитный слой на поверхности капли за счет эффекта Марангони .

Межфазный водяной шарик может полностью противостоять каскаду коалесценции и почти постоянно существовать на границе раздела гексан / вода, при условии, что гексановая фаза не обедняется испарением . Межфазные водяные шарики также могут реализовывать серию движений в ответ на стимулы, интегрируя функциональные материалы в поверхностный слой покрытия. Предполагается, что из-за своей уникальности как по форме, так и по поведению, межфазные водяные шарики найдут замечательное применение в микрофлюидике , микрореакторах и массопереносе.

См. Также [ править ]

  • Сферификация (кулинарный процесс)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Aussillous, Паскаль; Кере, Дэвид (2001). «Жидкие шарики». Природа . 411 (6840): 924–7. DOI : 10.1038 / 35082026 . PMID  11418851 .
  2. ^ Quéré, Дэвид; Aussillous, Паскаль (2006). «Свойства жидких мраморов». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 462 (2067): 973. Bibcode : 2006RSPSA.462..973A . DOI : 10.1098 / rspa.2005.1581 .
  3. ^ а б Макхейл, G; Ньютон, М. I (2015). «Жидкие шарики: актуальный контекст в мягкой материи и недавний прогресс» . Мягкая материя . 11 (13): 2530–46. Bibcode : 2015SMat ... 11.2530M . DOI : 10.1039 / C5SM00084J . PMID 25723648 . 
  4. ^ Пайк, N; Ричард, D; Фостер, Вт; Махадеван, Л. (2002). «Как тля теряет мраморность» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 269 (1497): 1211–5. DOI : 10.1098 / rspb.2002.1999 . PMC 1691028 . PMID 12065036 .  
  5. ^ a b Бормашенко, Эдуард; Бормашенко Елена; Грынев, Роман; Ахарони, Хадас; Уайман, Джин; Бинкс, Бернард П. (2015). «Самодвижение жидких шариков: левитация, подобная Лейденфросту, управляемая потоком Марангони». Журнал физической химии C . 119 (18): 9910. arXiv : 1502.04292 . Bibcode : 2015arXiv150204292B . DOI : 10.1021 / acs.jpcc.5b01307 .
  6. ^ a b c d Бормашенко, Эдвард (2016). «Жидкие шарики, эластичные капли с антипригарным покрытием: от миниреакторов к самодвижению». Ленгмюра . 33 (3): 663–669. DOI : 10.1021 / acs.langmuir.6b03231 . PMID 28114756 . 
  7. ^ Дрейпер, Томас С .; Фуллартон, Клэр; Филлипс, Нил; Костелло, Бен П.Дж. де Лейси; Адамацкий, Эндрю (2017). «Ворота взаимодействия жидкого мрамора для вычислений на основе столкновений». Материалы сегодня . 20 (10): 561–568. arXiv : 1708.04807 . Bibcode : 2017arXiv170804807D . DOI : 10.1016 / j.mattod.2017.09.004 .
  8. ^ Вонг, Cl.YHM Адда-Бедийский М., Велла, D. (2017). «Несмачивающие капли на границе раздела жидкостей: от жидких шариков до капель Лейденфроста». Мягкая материя . 13 (31): 5250–5260. arXiv : 1706.03959 . Bibcode : 2017SMat ... 13,5250W . DOI : 10.1039 / C7SM00990A . PMID 28644495 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ де Женн, Пьер-Жиль; Брошар-Вяр, Франсуаза; Кере, Дэвид (2004). Капиллярность и явления смачивания | SpringerLink . DOI : 10.1007 / 978-0-387-21656-0 . ISBN 978-1-4419-1833-8.
  10. ^ Supakar, Т. (2017). «Динамика удара капель, покрытых частицами». Physical Review E . 95 (1): 013106. Bibcode : 2017PhRvE..95a3106S . DOI : 10.1103 / physreve.95.013106 . PMID 28208334 . 
  11. ^ Ли, Сяогуан (李晓光); Ван, Ици (王义琪); Хуан, Цзюньчао (黄俊 超); Ян, Яо (杨 瑶); Ван, Renxian (王仁贤); Гэн, Синго (耿兴国); Занг, Дуян (臧 渡 洋) (2017-12-25). «Однослойные жидкие шарики, покрытые наночастицами, полученные из золь-гелевого покрытия». Письма по прикладной физике . 111 (26): 261604. Bibcode : 2017ApPhL.111z1604L . DOI : 10.1063 / 1.5010725 . ISSN 0003-6951 . 
  12. ^ Фуллартон, Клэр; Draper, Thomas C .; Филлипс, Нил; Мэйн, Ричард; Костелло, Бен П.Дж. де Лейси; Адамацкий, Эндрю (06.02.2018). «Исследования испарения, срока службы и устойчивости жидких шариков для вычислений на основе столкновений» (PDF) . Ленгмюра . 34 (7): 2573–2580. DOI : 10.1021 / acs.langmuir.7b04196 . PMID 29359941 .  
  13. ^ Уи, Chin Hong; Бормашенко, Эдуард; Nguyen, Anh V .; Эванс, Джеффри М .; Dao, Dzung V .; Нгуен, Нам-Чунг (21.06.2016). «Испарение неподвижных жидких шариков бинарной смеси этанола и воды». Ленгмюра . 32 (24): 6097–6104. DOI : 10.1021 / acs.langmuir.6b01272 . ЛВП : 10072/142813 . ISSN 0743-7463 . PMID 27230102 .  
  14. ^ Дандан, Мерв; Эрбиль, Х. Йилдирим (21 июля 2009 г.). «Скорость испарения графитовых жидких шариков: сравнение с каплями воды». Ленгмюра . 25 (14): 8362–8367. DOI : 10.1021 / la900729d . ISSN 0743-7463 . PMID 19499944 .  
  15. ^ Karokine, Никита; Анифантакис, Манос; Морель, Матье; Рудюк, Сергей; Бикель, Томас; Байгл, Дэмиен (5 сентября 2016 г.). «Легкая транспортировка жидкого мрамора с поверхностными потоками и против них» (PDF) . Angewandte Chemie International Edition . 55 (37): 11183–11187. DOI : 10.1002 / anie.201603639 . PMID 27381297 .  
  16. ^ Чжао, Ян; Фанг, Цзянь; Ван, Хунся; Ван, Сюнгай; Линь, Тонг (9 февраля 2010 г.). «Магнитные жидкие шарики: манипулирование жидкими каплями с помощью высокогидрофобных наночастиц Fe3O4». Современные материалы . 22 (6): 707–710. DOI : 10.1002 / adma.200902512 . PMID 20217774 . 
  17. ^ Арбатан, Тина; Ли, Лизи; Тиан, Цзюньфэй; Шэнь, Вэй (11 января 2012 г.). «Жидкие шарики как микробиореакторы для быстрого определения группы крови» . Передовые медицинские материалы . 1 (1): 80–83. DOI : 10.1002 / adhm.201100016 . PMID 23184689 . 
  18. ^ Сарви, Фатемех; Джайн, Каника; Арбатан, Тина; Verma, Paul J .; Хуриган, Керри; Томпсон, Марк С .; Шэнь, Вэй; Чан, Пегги ПЙ (7 января 2015 г.). «Кардиогенез эмбриональных стволовых клеток с жидким мраморным микробиореактором». Передовые медицинские материалы . 4 (1): 77–86. DOI : 10.1002 / adhm.201400138 . PMID 24818841 . 
  19. ^ Бланшетт, Франсуа; Бигиони, Терри П. (1 апреля 2006 г.). «Частичное слияние капель на границах раздела жидкостей» . Физика природы . 2 (4): 254–257. Bibcode : 2006NatPh ... 2..254B . DOI : 10.1038 / nphys268 .
  20. ^ Thoroddsen, ST; Такехара, К. (июнь 2000 г.). «Каскад сращивания капли». Физика жидкостей . 12 (6): 1265–1267. Bibcode : 2000PhFl ... 12.1265T . DOI : 10.1063 / 1.870380 .
  21. ^ Клюжин, Иван С .; Ленна, Федерико; Рёдер, Брэндон; Векслер, Адам; Поллак, Джеральд Х (11 ноября 2010 г.). «Стойкие капли воды на поверхности воды» . Журнал физической химии B . 114 (44): 14020–14027. DOI : 10.1021 / jp106899k . PMC 3208511 . PMID 20961076 .  
  22. ^ Джери, Микела; Кешаварц, Баванд; McKinley, Gareth H .; Буш, Джон WM (25 декабря 2017 г.). «Термическая задержка слияния капель» . Журнал гидромеханики . 833 : R3. Bibcode : 2017JFM ... 833R ... 3G . DOI : 10,1017 / jfm.2017.686 .
  23. ^ Лю, Ян; Чжан, Синьюй; Пойраз, Сельчук; Чжан, Чао; Синь, Джон (15 марта 2018 г.). «Одностадийный синтез многофункциональных гибридных углеродных нанопроволок цинка-оксида железа-оксида путем химического синтеза для суперконденсаторов и межфазных водяных шариков». ChemNanoMat . 4 (6): 546–556. DOI : 10.1002 / cnma.201800075 . hdl : 10397/78424 .