Жидкий мрамор
Жидкие шарики представляют собой антипригарные капли (обычно водные ), обернутые микро- или нанометрического размера гидрофобными коллоидными частицами ( тефлон , полиэтилен , порошок ликоподия , углеродная сажа и т. д.); представляющий собой платформу для разнообразных химических и биологических применений. [1] [2] [3] Жидкий мрамор также встречается в природе; тля превращает капли медвяной росы в шарики. [4] В жидкие шарики можно превратить различные неорганические и органические жидкости. [3] [5] [6] Жидкий мрамор демонстрирует эластичные свойства и не слипается при легком ударе или нажатии. [6] Жидкие шарики демонстрируют потенциал в качестве микрореакторов, микроконтейнеров для выращивания микроорганизмов и клеток , микрофлюидных устройств и даже используются в нетрадиционных вычислениях . [5] [6] [7] Жидкий мрамор остается стабильным на твердых и жидких поверхностях. [1] [8] Сообщалось о статике и динамике качения и подпрыгивания жидких шариков. [9] [10] Жидкий мрамор с полидисперсным покрытием [6] о монодисперсных частицах. Сообщалось [11] Жидкие мраморы не герметично покрыты твердыми частицами, а соединены с газообразной фазой. кинетика испарения жидких мраморов. Исследована [12] [13] [14]
Межфазные водяные мраморы
[ редактировать ]О жидком мраморе впервые сообщили П. Оссиллоус и Д. Кере. [1] в 2001 году, который описал новый метод создания переносимых капель воды в атмосферной среде с гидрофобным покрытием на их поверхности, предотвращающим контакт воды с твердой землей (рис. 1). Жидкие шарики обеспечивают новый подход к транспортировке жидкой массы по твердой поверхности, который в достаточной степени превращает неудобную стеклянную тару в гибкое гидрофобное покрытие, определяемое пользователем, состоящее из порошков гидрофобных материалов. С тех пор применение жидких шариков в массопереносе без потерь, микрофлюидике и микрореакторах было тщательно исследовано. [15] [16] [17] [18] Однако жидкие шарики отражают поведение воды только на границе раздела твердое тело-воздух, в то время как данные о поведении воды на границе раздела жидкость-жидкость отсутствуют, что является результатом так называемого явления каскада слияния.
Когда капля воды контактирует с резервуаром с водой, она быстро отрывается от резервуара и образует дочернюю каплю меньшего размера, в то время как эта дочерняя капля будет продолжать проходить аналогичный процесс разделения при контактном защемлении до тех пор, пока не завершится слияние в резервуара, комбинация или совокупность этих самоподобных процессов слияния называется каскадом слияния. [19] Основной механизм каскада слияния был подробно изучен, но были лишь попытки его контролировать и использовать. [20] [21] [22] До недавнего времени Лю и др. заполнил этот пробел, предложив новый метод управления каскадом слияния с использованием наноструктурного покрытия на границе раздела жидкость-жидкость — межфазных жидких мраморов. [23]
создаются Подобно жидким шарикам на границе твердого тела и воздуха, жидкие шарики на границе раздела гексан / вода с использованием капель воды с поверхностным покрытием, состоящим из наноразмерных материалов со специальной смачиваемостью (рис. 2). Для создания шариков из межфазной воды на границе раздела гексан/вода размер отдельных частиц поверхностного слоя покрытия должен быть как можно меньшим, чтобы можно было свести к минимуму линию контакта между частицами и резервуаром с водой; особая смачиваемость со смешанной гидрофобностью и гидрофильностью также предпочтительна для образования мрамора на границе раздела воды. Мрамор с межфазной водой можно изготовить, сначала покрыв каплю воды наноматериалами со специальной смачиваемостью, например гибридными углеродными нанопроволоками, оксидом графена . слой вторичного покрытия из поливинилиденфторида После этого на каплю воды с покрытием наносится (ПВДФ). Каплю воды с двойным покрытием затем заливают в смесь гексан/вода и в конечном итоге оседают на границе раздела гексан/вода, образуя мрамор на границе раздела воды. В ходе этого процесса покрытие из ПВДФ 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 через Эффект Марангони .
Мрамор из межфазной воды может полностью противостоять каскаду коалесценции и практически постоянно существовать на границе раздела гексан/вода, при условии, что гексановая фаза не истощается в результате испарения . Водные шарики на границе раздела также могут выполнять серию движений, реагирующих на раздражители, интегрируя функциональные материалы в слой поверхностного покрытия. Предполагается, что благодаря своей уникальности как по форме, так и поведению, шарики из межфазной воды найдут замечательное применение в микрофлюидике , микрореакторах и массотранспорте.
См. также
[ редактировать ]- Эмульсия Пикеринга
- Сферификация (кулинарный процесс)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Ауссиллус, Паскаль; Кере, Дэвид (2001). «Жидкий мрамор». Природа . 411 (6840): 924–7. Бибкод : 2001Natur.411..924A . дои : 10.1038/35082026 . ПМИД 11418851 . S2CID 4405537 .
- ^ Кере, Дэвид; Ауссиллус, Паскаль (2006). «Свойства жидких мраморов». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 462 (2067): 973. Бибкод : 2006RSPSA.462..973A . дои : 10.1098/rspa.2005.1581 . S2CID 136039083 .
- ^ Jump up to: а б Макхейл, Дж; Ньютон, Мичиган (2015). «Жидкий мрамор: актуальный контекст мягкой материи и недавний прогресс» . Мягкая материя . 11 (13): 2530–46. Бибкод : 2015SMat...11.2530M . дои : 10.1039/C5SM00084J . ПМИД 25723648 .
- ^ Пайк, Н.; Ричард, Д; Фостер, В; Махадеван, Л. (2002). «Как тля теряет свои шарики» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 269 (1497): 1211–5. дои : 10.1098/рспб.2002.1999 . ПМК 1691028 . ПМИД 12065036 .
- ^ Jump up to: а б Бормашенко, Эдуард; Бормашенко, Елена; Грынёв Роман; Ахарони, Хадас; Уайман, Джин; Бинкс, Бернард П. (2015). «Самодвижение жидких мраморов: левитация, подобная Лейденфросту, движимая потоком Марангони». Журнал физической химии C. 119 (18): 9910. arXiv : 1502.04292 . Бибкод : 2015arXiv150204292B . дои : 10.1021/acs.jpcc.5b01307 . S2CID 95427957 .
- ^ Jump up to: а б с д Бормашенко, Эдуард (2016). «Жидкий мрамор, эластичные капли с антипригарным покрытием: от миниреакторов к самодвижению». Ленгмюр . 33 (3): 663–669. doi : 10.1021/acs.langmuir.6b03231 . ПМИД 28114756 .
- ^ Дрейпер, Томас К.; Фуллартон, Клэр; Филлипс, Нил; Костелло, Бен Пи Джей де Лейси; Адамацкий, Эндрю (2017). «Ворота взаимодействия жидкого мрамора для вычислений на основе столкновений». Материалы сегодня . 20 (10): 561–568. arXiv : 1708.04807 . Бибкод : 2017arXiv170804807D . дои : 10.1016/j.mattod.2017.09.004 . S2CID 25550718 .
- ^ Вонг, Cl.YHM Адда-Бедиа М., Велла, Д. (2017). «Несмачивающие капли на границе раздела жидкостей: от жидких шариков до капель Лейденфроста». Мягкая материя . 13 (31): 5250–5260. arXiv : 1706.03959 . Бибкод : 2017SMat...13.5250W . дои : 10.1039/C7SM00990A . ПМИД 28644495 . S2CID 32825677 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ де Женн, Пьер-Жиль; Брошар-Вайарт, Франсуаза; Кере, Дэвид (2004). Капиллярность и явления смачивания | СпрингерЛинк . дои : 10.1007/978-0-387-21656-0 . ISBN 978-1-4419-1833-8 .
- ^ Супакар, Т. (2017). «Динамика удара капель, покрытых частицами». Физический обзор E . 95 (1): 013106. Бибкод : 2017PhRvE..95a3106S . дои : 10.1103/physreve.95.013106 . ПМИД 28208334 .
- ^ Ли, Сяогуан; Ван, Ици; Хуан, Цзюньчао; Ван, Ренсянь; Цзан, Дуян Дуян) (25 декабря 2017 г.) «Жидкие шарики, покрытые наночастицами, полученные из золь-геля». покрытие». Applied Physics Letters . 111 (26): 261604. Bibcode : 2017ApPhL.111z1604L . doi : 10.1063/1.5010725 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Фуллартон, Клэр; Дрейпер, Томас К.; Филлипс, Нил; Мейн, Ричард; Костелло, Бен Пи Джей де Лейси; Адамацкий, Эндрю (06 февраля 2018 г.). «Исследование испарения, срока службы и устойчивости жидких мраморов для вычислений на основе столкновений» (PDF) . Ленгмюр . 34 (7): 2573–2580. doi : 10.1021/acs.langmuir.7b04196 . ПМИД 29359941 .
- ^ Оой, Чин Хонг; Бормашенко, Эдуард; Нгуен, Ань В.; Эванс, Джеффри М.; Дао, Джунг В.; Нгуен, Нам-Трунг (21 июня 2016 г.). «Испарение сидячих жидких мраморов из бинарной смеси этанола и воды». Ленгмюр . 32 (24): 6097–6104. doi : 10.1021/acs.langmuir.6b01272 . hdl : 10072/142813 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 27230102 .
- ^ Дандан, Мерве; Эрбиль, Х. Йылдирим (21 июля 2009 г.). «Скорость испарения графитовых жидких мраморов: сравнение с каплями воды». Ленгмюр . 25 (14): 8362–8367. дои : 10.1021/la900729d . ISSN 0743-7463 . ПМИД 19499944 .
- ^ Карокин, Никита; Анифантакис, Манос; Морель, Матье; Рудюк, Сергей; Бикель, Томас; Байгл, Дэмиен (5 сентября 2016 г.). «Легкая транспортировка жидкого мрамора по поверхностным потокам и против них» (PDF) . Angewandte Chemie, международное издание . 55 (37): 11183–11187. дои : 10.1002/anie.201603639 . ПМИД 27381297 .
- ^ Чжао, Ян; Фанг, Цзянь; Ван, Хунся; Ван, Сюнгай; Линь, Тонг (9 февраля 2010 г.). «Магнитные жидкие шарики: манипулирование каплями жидкости с использованием высокогидрофобных наночастиц Fe3O4». Продвинутые материалы . 22 (6): 707–710. Бибкод : 2010AdM....22..707Z . дои : 10.1002/adma.200902512 . ПМИД 20217774 . S2CID 205234566 .
- ^ Арбатан, Тина; Ли, Лизи; Тянь, Цзюньфэй; Шен, Вэй (11 января 2012 г.). «Жидкие шарики как микробиореакторы для быстрого определения группы крови» . Передовые материалы по здравоохранению . 1 (1): 80–83. дои : 10.1002/adhm.201100016 . ПМИД 23184689 .
- ^ Сарви, Фатима; Джайн, Каника; Арбатан, Тина; Верма, Пол Дж.; Хуриган, Керри; Томпсон, Марк К.; Шен, Вэй; Чан, Пегги П.И. (7 января 2015 г.). «Кардиогенез эмбриональных стволовых клеток с помощью жидкостного мраморного микробиореактора». Передовые материалы по здравоохранению . 4 (1): 77–86. дои : 10.1002/adhm.201400138 . ПМИД 24818841 . S2CID 27631842 .
- ^ Бланшетт, Франсуа; Биджиони, Терри П. (1 апреля 2006 г.). «Частичное слияние капель на границе раздела жидкостей» . Физика природы . 2 (4): 254–257. Бибкод : 2006NatPh...2..254B . дои : 10.1038/nphys268 .
- ^ Тороддсен, ST; Такехара, К. (июнь 2000 г.). «Каскад слияния капли». Физика жидкостей . 12 (6): 1265–1267. Бибкод : 2000PhFl...12.1265T . дои : 10.1063/1.870380 . hdl : 2142/112637 .
- ^ Клюжин Иван С.; Ленна, Федерико; Редер, Брэндон; Векслер, Адам; Поллак, Джеральд Х (11 ноября 2010 г.). «Стойкие капли воды на поверхности воды» . Журнал физической химии Б. 114 (44): 14020–14027. дои : 10.1021/jp106899k . ПМК 3208511 . ПМИД 20961076 .
- ^ Джери, Микела; Кешаварз, Баванд; МакКинли, Гарет Х.; Буш, Джон ВМ (25 декабря 2017 г.). «Термическая задержка слияния капель» . Журнал механики жидкости . 833 : Р3. Бибкод : 2017JFM...833R...3G . дои : 10.1017/jfm.2017.686 . hdl : 1721.1/112194 .
- ^ Лю, Ян; Чжан, Синьюй; Пойраз, Сельчук; Чжан, Чао; Синь, Джон (15 марта 2018 г.). «Одноэтапный синтез многофункциональных гибридных углеродных нанопроволок цинка, оксида железа путем химического синтеза для суперконденсаторов и шариков с межфазной водой». ХимНаноМат . 4 (6): 546–556. дои : 10.1002/cnma.201800075 . hdl : 10397/78424 .