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Curr. Opin. Chem. Eng.:新型纳米流体和微流体装置及其应用

2020-05-14   易丝帮

DOI:10.1016/j.coche.2020.02.004

本综述涵盖了许多相互关联情况的流体力学和物理化学方面的研究,这些通常与单个纳米通道和微通道中的流体或由电纺纳米纤维形成的膜内部微孔的互连网络中的流体有关。还讨论了此类流体或由此类元素组成的设备的应用,如反渗透、借助相变材料的纳米粒子冷却高功率微电子技术、在静电雾化器中加油、在纺织品上印刷可穿戴微电子设备、隔膜、刑事技术等。这样的流体还可用于重金属离子在含生物聚合物膜上的非特异性吸附,并借助范德华力或库仑力从通流中清除纳米颗粒。电渗Smoluchowski流体可以电动驱动电纺膜连通孔内的微通道流动,这为通向可延展的膜和表面开辟了一条新的道路。当由PNIPAM和聚(N-异丙基丙烯酰胺)电纺纳米纤维制成膜时,它们也可以是热响应性或pH响应性的,从而形成新型致动器和药物载体。

 

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图1.(a)纳米碳管的SEM图像,从宽度为几百微米的碳条末端流出,并通过高度为H的通道以双层流动(例如,从左到右)最高到h<H。(b)对于正癸烷/空气流量(μ2/μ1=0.0196),比率Q1/Q1.pure对h的平均值=h/H的依赖性。(c)通过同一碳纳米管(CNT)阵列的双层正癸烷/空气流(Q1,三角形)和纯正癸烷(Q1.pure,正方形)的体积流量。


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图2.含蜡和赤藓糖醇的碳纳米管的透射电子显微镜(TEM)图像。


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图3.微通道静电雾化器带有两个相反极性的电极,用于在通流中加油。外部施加的电场是在纵向上的。


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图4.Fluorinert流体FC 7500掉落到厚度为60μm的尼龙网格上的冲击。墨滴尺寸为D=2 mm。这些图像对应于以下时刻:(a)t=0μs,(b)t=200μs,(c)t=400μs,(d)t=600μs。比例尺,1 mm。


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图5.(a,b)木质素/尼龙6膜、(c,d)燕麦/尼龙6膜、(e,f)海藻酸钠/ PVA膜、(g,h)大豆蛋白/尼龙6膜、(i,j)壳聚糖/尼龙6膜的宏观和微观图像。


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图6.过滤膜的SEM图像,在左侧的整体视图中可以看到原始(大)、电纺(中间,几百纳米)和超音速吹塑(最小)纤维。在右侧显示了放大的最小纳米纤维(超音速吹制的尼龙6纳米纤维),上面有清除的纳米粒子簇。


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图7.通过镀铜微纤维膜在20 kV的电压下进行烟气过滤。标签T、M和B分别表示圆柱形结构中接地的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的顶部、中间和底部位置。此处,PAN纳米纤维膜安装在底部位置。


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图8.纤维延展性膜设置示意图。阳极和阴极分别位于上部和下部储层中。两个储层均包含0.01 M NaCl,红色和蓝色点分别是阳离子(Na+)和阴离子(Cl-)。圆形纤维膜的固定边缘的半径为3mm。由于与通过膜的阴离子通流相关的粘性牵引力,拉伸的圆形膜的挠曲度表示为Z。在纤维膜覆盖区的交换膜坚硬且不可变形。


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图9.在不同时刻t下,PAA/PAH纤维膜形状的光学图像。在ΔΦ=0.8 mV的超低施加电压下,t=105 s时膜尖端的挠曲度为Zmax=1.7 cm。比例尺:5 mm。


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图10.Yarin和Agarwal中预测PNIPAM-TPU双层中聚合物间界面会发生屈曲。 PNIPAM层位于界面上方,TPU层位于界面下方,并且在初始时刻、温度T<PNIPAM的LCST时,将几乎笔直的双层浸入水浴中。这时,双层实际上与-1≤Y≤1处的水平轴H=0重合,由于初始扰动,该水平轴略微凹陷。


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