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研究生: 張簡上煜
論文名稱: 應用液膜固化技術觀測凱爾文-荷姆霍茲不穩定性動態產生之奈米液珠
Visualization of Nano Droplets Formed by Kelvin-Helmholtz Instability Using Liquid Film Curing Technique
指導教授: 曾繁根
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 液膜固化凱爾文-荷姆霍茲不穩定性奈米液珠
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  • 本實驗主要利用微機電製程技術來製作微流道裝置,並以該元件
    配合流體的操控,改變不同的流體速度及流體性質來進行測試,利用
    兩不相溶流體界面間的凱爾文-荷姆霍茲不穩定性,成功地產生了直
    徑大小在奈米等級的液珠。
    為了瞭解奈米液珠產生的機制,本實驗利用固化液膜之技術,將
    凱爾文-荷姆霍茲不穩定性的動態過程固化,固化液膜的樣貌證實了
    連續相流體和分散相流體界面間凱爾文-荷姆霍茲不穩定性的確存在,且因此導致液膜最終破碎而形成奈米液珠。
    定量分析不同流率下所產生的液珠尺寸,發現不同流體速度產生
    的平均液珠尺寸差異不大,且液珠尺寸分布的峰值相同,這是因為在
    奈米尺度下,表面張力效應才是影響液珠尺寸的主要因素,而在利用
    添加不同比例界面活性劑以改變兩相流體的界面張力值的實驗中,
    也證實了此一觀點,界面活性劑添加量過少時,兩相流體界面以及所
    產生的液珠界面容易不穩定,因此分散相液膜容易破碎形成奈米液
    珠,但此等小液珠也容易合併在一起形成較大尺寸的液珠,當界面活
    性劑的量到達一定值,兩相流體界面一旦能夠穩定,較大尺寸的液珠
    數量將銳減,且此時再加入更多的界面活性劑也對所產生的液珠大小
    影響不大。


    第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 3 第二章 文獻回顧 4 2-1 MONODISPERSION:2-DIMENSIONAL FLUIDIC CHANNEL DEVICE 5 2-1-1 T-Junction 6 2-1-2 Microfluidic Flow Focusing Device (MFFD) 12 2-1-3 Self-Assembly in Cross Channel 17 2-1-4 Interfacial Tension Driven 18 2-1-5 Controllable Moving-Wall Chopping Techniques 19 2-2 MONODISPERSION:3-DIMENSIONAL FLUIDIC CHANNEL DEVICE 23 2-2-1 Microcapillary Device 23 2-2-2 Axisymmetric Flow-Focusing Microfluidic Device 26 2-2-3 Three-Dimensional Flow-Focusing Device 29 2-3 其他方式的液珠產生或操控 34 2-3-1 衛星液珠(Satellite Droplets) 34 2-4 研究目的 37 第三章 流體的不穩定性 38 3-1 瑞利-泰勒不穩定性(RAYLEIGH-TAYLOR INSTABILITY) 39 3-2 浦拉托-瑞利不穩定性(PLATEAU-RAYLEIGH INSTABILITY) 40 3-3 凱爾文-荷姆霍茲不穩定性(KELVIN-HELMHOLTZ INSTABILITY) 41 第四章 微流道裝置設計、材料選擇與製程 43 4-1 微流道裝置設計 43 4-2 微流道裝置的材料選擇與製程 45 第五章 實驗與成果 47 5-1 實驗操作方式 47 5-2 工作流體與設備系統 50 5-3 實驗結果 52 5-3-1 W/O System 52 5-3-2 液膜固化 58 5-3-3 液珠固化─改變連續相流率對平均液珠大小的影響 63 5-3-4 液珠固化─改變兩相流體界面張力對平均液珠大小的影響 73 第六章 結果討論 78 6-1 流道的幾何結構 78 6-2 親疏水特性與液膜厚度 79 6-3 流道壁面粗糙度 80 第七章 總結 81 參考文獻 83

    1. Nisisako, T., T. Torii, and T. Higuchi, Droplet formation in a microchannel network. Lab on a Chip, 2002. 2(1): p. 24-26.
    2. Okushima, S., et al., Controlled production of monodisperse double emulsions by two-step droplet breakup in microfluidic devices. Langmuir, 2004. 20(23): p. 9905-9908.
    3. Nisisako, T., S. Okushima, and T. Torii, Controlled formulation of monodisperse double emulsions in a multiple-phase microfluidic system. Soft Matter, 2005. 1(1): p. 23-27.
    4. Garstecki, P., et al., Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction - scaling and mechanism of break-up. Lab on a Chip, 2006. 6(3): p. 437-446.
    5. Anna, S.L., N. Bontoux, and H.A. Stone, Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Applied Physics Letters, 2003. 82(3): p. 364-366.
    6. Ward, T., et al., Microfluidic flow focusing: Drop size and scaling in pressure versus flow-rate-driven pumping. Electrophoresis, 2005. 26(19): p. 3716-3724.
    7. Nie, Z.H., et al., Polymer particles with various shapes and morphologies produced in continuous microfluidic reactors. Journal of the American Chemical Society, 2005. 127(22): p. 8058-8063.
    8. Seo, M., et al., Continuous microfluidic reactors for polymer particles. Langmuir, 2005. 21(25): p. 11614-11622.
    9. Abraham, S., et al., Microfluidics assisted synthesis of well-defined spherical polymeric microcapsules and their utilization as potential encapsulants. Lab on a Chip, 2006. 6(6): p. 752-756.
    10. Sugiura, S., et al., Interfacial tension driven monodispersed droplet formation from microfabricated channel array. Langmuir, 2001. 17(18): p. 5562-5566.
    11. Hsiung, S.K., C.T. Chen, and G.B. Lee, Micro-droplet formation utilizing microfluidic flow focusing and controllable moving-wall chopping techniques. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2006. 16(11): p. 2403-2410.
    12. Utada, A.S., et al., Monodisperse double emulsions generated from a microcapillary device. Science, 2005. 308(5721): p. 537-541.
    13. Takeuchi, S., et al., An axisymmetric flow-focusing microfluidic device. Advanced Materials, 2005. 17(8): p. 1067-+.
    14. Huang, S.H., et al., A monolithically three-dimensional flow-focusing device for formation of single/double emulsions in closed/open microfluidic systems. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2006. 16(11): p. 2336-2344.
    15. Tan, Y.C. and A.P. Lee, Microfluidic separation of satellite droplets as the basis of a monodispersed micron and submicron emulsification system. Lab on a Chip, 2005. 5(10): p. 1178-1183.
    16. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/d/d6/HD-Rayleigh-Taylor.gif.
    17. http://web.mit.edu/nnf/people/jbico/Research.html
    18. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Wavecloudsduval.jpg.

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