Płynne kulki
Płynne kulki to nieprzywierające kropelki (zwykle wodne ) owinięte hydrofobowymi , koloidalnymi cząsteczkami w skali mikro- lub nanometrycznej ( teflon , polietylen , proszek lycopodium , sadza itp.); reprezentujący platformę dla różnorodnych zastosowań chemicznych i biologicznych. Płynne kulki występują również naturalnie; mszyce zamienić kropelki spadzi w kulki. Różnorodne płyny nieorganiczne i organiczne można przekształcić w płynne kulki. Płynne kulki wykazują właściwości sprężyste i nie zlewają się przy odbijaniu lub lekkim naciśnięciu. Płynne kulki wykazują potencjał jako mikroreaktory, mikropojemniki do hodowli mikroorganizmów i komórek , urządzenia mikroprzepływowe, a nawet były wykorzystywane w niekonwencjonalnych komputerach . Płynne kulki pozostają stabilne na powierzchniach stałych i płynnych. Opisano statykę i dynamikę toczenia się i odbijania płynnych kulek. Płynne kulki pokryte polidyspersją i monodyspersyjne cząstki zostały zgłoszone. Płynne kulki nie są hermetycznie pokryte cząstkami stałymi, ale połączone z fazą gazową. Zbadano kinetykę parowania płynnych kulek.
Międzyfazowe kulki wodne
Ciekłe kulki zostały po raz pierwszy opisane przez P. Aussillousa i D. Quere'a w 2001 roku, którzy opisali nową metodę konstruowania przenośnych kropelek wody w środowisku atmosferycznym z hydrofobową powłoką na ich powierzchni, aby zapobiec kontaktowi wody ze stałym gruntem (Rysunek 1). . Płynne kulki zapewniają nowe podejście do transportu płynnej masy na stałej powierzchni, które w wystarczającym stopniu przekształcają niewygodne szklane pojemniki w elastyczną, określoną przez użytkownika powłokę hydrofobową złożoną z proszków materiałów hydrofobowych. Od tego czasu zastosowania płynnych kulek w bezstratnym transporcie masy, mikrofluidyce i mikroreaktory zostały szeroko zbadane. Jednak płynne kulki odzwierciedlają tylko zachowanie wody na granicy faz ciało stałe-powietrze, podczas gdy nie ma doniesień na temat zachowania wody na granicy faz ciecz-ciecz, w wyniku tak zwanego zjawiska kaskady koalescencji.
Kiedy kropla wody wejdzie w kontakt ze zbiornikiem wodnym, szybko oderwie się od zbiornika i utworzy mniejszą kroplę potomną, podczas gdy ta potomna kropla będzie przechodzić przez podobny proces rozszczepiania, aż do zakończenia koalescencji w zbiornik, połączenie lub podsumowanie tych samopodobnych procesów koalescencji nazywa się kaskadą koalescencji. Mechanizm leżący u podstaw kaskady koalescencji został szczegółowo zbadany, ale podjęto jedynie próbę kontrolowania go i wykorzystania. Do niedawna Liu i in. wypełnił tę pustkę, proponując nową metodę kontrolowania kaskady koalescencji za pomocą nanostrukturalnej powłoki na granicy faz ciecz-ciecz — międzyfazowych ciekłych kulek.
Podobnie jak płynne kulki na granicy faz ciało stałe-powietrze, płynne kulki międzyfazowe są zbudowane na granicy heksan / woda przy użyciu kropelek wody z powłoką powierzchniową złożoną z materiałów w nanoskali o specjalnej zwilżalności (rysunek 2). Aby uzyskać międzyfazowe kulki wodne na granicy faz heksan/woda, wielkość poszczególnych cząstek warstwy powlekającej powierzchnię powinna być jak najmniejsza, tak aby można było zminimalizować linię styku między cząstkami a zbiornikiem wodnym; specjalna zwilżalność z mieszaną hydrofobowością i hydrofilowością jest również preferowany do tworzenia międzyfazowego marmuru wodnego. Międzyfazowy marmur wodny można wytworzyć, najpierw pokrywając kroplę wody nanomateriałami o specjalnej zwilżalności, np. hybrydowymi nanodrutami węglowymi, tlenkiem grafenu . Następnie druga warstwa powłoki z polifluorku winylidenu (PVDF) nakłada się na powleczoną kroplę wody. Podwójnie powlekana kropelka wody jest następnie wlewana do mieszaniny heksan/woda i ostatecznie osadzana na granicy faz heksan/woda, tworząc międzyfazową kulkę wodną. Podczas tego procesu powłoka PVDF szybko dyfundowała do heksanu, aby zrównoważyć hydrofobową interakcję między heksanem a kroplą wody, podczas gdy nanomateriały szybko samoorganizowały się w nanostrukturalną warstwę ochronną na powierzchni kropli dzięki efektowi Marangoniego .
Międzyfazowy marmur wodny może całkowicie oprzeć się kaskadzie koalescencji i istnieć prawie stale na granicy faz heksan/woda, pod warunkiem, że faza heksanowa nie zostanie wyczerpana przez odparowanie . Międzyfazowe kulki wodne mogą również wykonywać serię ruchów reagujących na bodźce poprzez integrację materiałów funkcjonalnych z warstwą powłoki powierzchniowej. Ze względu na ich wyjątkowość zarówno pod względem formy, jak i zachowania, spekuluje się, że międzyfazowe kulki wodne mają niezwykłe zastosowania w mikroprzepływach , mikroreaktorach i transporcie masowym.
Zobacz też
- Emulsja Pickeringa
- Sferyfikacja (proces kulinarny)