• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Warszawscy chemicy precyzyjnie wstrząsają, żeby za bardzo nie zmieszać

    25.08.2011. 00:33
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Do precyzyjnego manipulowania częściowo zmieszanymi płynami najlepiej wykorzystywać odpowiednio zmieniające się pole elektryczne - ustalili naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Zbadali też, jakie "elektrowstrząsy" dadzą najlepsze efekty.

    Jak napisano w komunikacie prasowym IChF PAN, chemicy już dawno opanowali technikę łączenia dwóch płynów w taki sposób, żeby się nie zmieszały. Czasem jednak trzeba, by unoszące się w jednej cieczy kropelki drugiej połączyły się ze sobą w większe. A to już jest trudniejsze. Zwłaszcza, jeśli trzeba to robić z aptekarską dokładnością, np. w laboratoryjnych urządzeniach mikroprzepływowych.

     

    "Podstawowym problemem w technikach mikroprzepływowych jest stabilność kropel. Aby były one trwałe, otacza się je surfaktantem, czyli substancją powierzchniowo czynną. Cząsteczki surfaktantów składają się z części hydrofilowej (lubiącej wodę) i hydrofobowej (unikającej wody). Jeśli kropelka wody znajdzie się np. w oleju, surfaktant otacza ją w taki sposób, że części hydrofilowe są zanurzone w kropli, a hydrofobowe pozostają w oleju. Pokryte surfaktantem kropelki wyglądają z zewnątrz jak zwinięte jeże i nie mają jak się ze sobą zetknąć. Ich stabilność zwiększa fakt, że fragmenty cząsteczek surfaktantu na zewnątrz kropel mają ładunek elektryczny tego samego znaku, a więc działają odpychająco" - tłumaczy doktorant Tomasz Szymborski z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

    Chemicy pobudzają krople do łączenia się, używając pola elektrycznego. Technika ta nazywana jest elektrokoalescencją.

    "Elektrokoalescencja jest znana od ponad 100 lat. Pierwotnie stosowano ją w przemyśle naftowym. Nieoczyszczona ropa naftowa, wydobywana spod dna morskiego, zawiera istotne ilości wody w formie kropelek. Inżynierowie zauważyli, że krople te w obecności zmiennego pola elektrycznego szybko łączą się ze sobą i opadają na dno zbiornika, skąd wodę łatwo usunąć" - napisano w informacji prasowej.

    Technika ta obecnie jest używana do łączenia ze sobą kropelek cieczy w laboratoryjnych urządzeniach mikroprzepływowych. Jak wyjaśniają naukowcy, urządzenia mikroprzepływowe to miniaturowe reaktory chemiczne rozmiarów karty bankowej. Reakcje chemiczne zachodzą w nich we wnętrzach kropel, znajdujących się w neutralnej cieczy przepływającej wzdłuż odpowiednio zaprojektowanych kanalików. Objętość każdej z takich kropel wynosi ok. 1 mikrolitra (tysiąc razy mniej niż mililitr), ale chemicy przewidują, że w przyszłości będą korzystać z jeszcze milion razy mniejszych kropelek.

    "Kariera elektrokoalescencji zaczęła się nietypowo, od zastosowań na dużą skalę w przemyśle naftowym. W układach mikroprzepływowych dopiero od kilku lat wykorzystuje się to zjawisko" - mówi dr hab. Piotr Garstecki z IChF PAN. Naukowcy z IChF PAN postanowili sprawdzić, jak łączenie się kropel w układów mikroprzepływowych zależy od parametrów pola elektrycznego.

    "W badaniach obserwowano łączenie się mikrokropel wody w cieczy nośnej, którą był heksadekan. Kropelki łączyły się tym szybciej, im większe było przyłożone napięcie i im większa częstotliwość drgań pola elektrycznego. Jednak dla każdej wartości napięcia zawsze istniała graniczna częstotliwość, powyżej której mikrokrople znów stawały się stabilne" - napisano w komunikacie prasowym.

    "Pokazaliśmy, że proces łączenia przebiega najszybciej, gdy pole elektryczne oscyluje z częstotliwością zbliżoną do progowej i znaleźliśmy prostą zależność pozwalającą szybko oszacować jej wartość" - wyjaśnia Szymborski.

    Chemicy z Warszawy są przekonani, że wyniki ich badań pomogą optymalizować procesy chemiczne z udziałem elektrokoalescencji, zarówno w urządzeniach mikroprzepływowych jak i w instalacjach przemysłowych.

    Badania przeprowadzono w ramach grantu Team Fundacji na rzecz Nauki Polskiej i programu Iuventus-Plus Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

    PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

    * Zmienne pole elektryczne przyspiesza łączenie mikrokropel. Zdjęcia przedstawiają fazy łączenia mikrokropel wody w heksadekanie przy napięciu 400 V i częstotliwości drgań pola 100 Hz. Pierwsza klatka t=0 s, druga klatka t=0,28 s, trzecia klatka t=2,6 s. Kolory sztuczne. Źródło: IChF PAN

     

    ula/ pmw/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór Pole magnetyczne – stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu. Sprzęgło wiskotyczne - typ sprzęgła umożliwiającego płynną regulację rozdziału momentu obrotowego - od rozłączenia do niemal sztywnego połączenia. Przeniesienie momentu obrotowego pomiędzy dwoma obracającymi się elementami następuje za pośrednictwem cieczy o dużej lepkości. Regulację stopnia zasprzęglenia uzyskuje się poprzez zmianę ilości cieczy pomiędzy tarczami sprzęgła, zmianę odległości tarcz, bądź też poprzez zmianę lepkości tej cieczy, uzyskiwaną w wyniku zmiany temperatury lub innych parametrów fizycznych (np. włączenie pola elektrycznego).

    Generator sterowany napięciem (ang. Voltage Controlled Oscillator, VCO) – urządzenie elektroniczne, generator okresowego sygnału elektrycznego (fali), o częstotliwości proporcjonalnej do napięcia elektrycznego podanego na jego wejście. Generatory VCO są stosowane w radiokomunikacji (np. jako przestrajany układ heterodyny), urządzeniach automatyki (np. w układach pętli PLL), są też podstawowym blokiem syntezatorów analogowych. Elektrostrykcja – zjawisko zmiany wymiarów materiału pod wpływem pola elektrycznego (napięcia). Charakteryzuje się tym, że zmiana wymiarów zachodzi w jednym kierunku, niezależnie od kierunku przyłożonego pola elektrycznego (zjawisko proste). Stopień odkształcenia jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu natężenia pola. Elektrostrykcji nie należy mylić z odwrotnym zjawiskiem piezoelektrycznym.

    Spektroskopia dielektryczna oraz jej odmiana zwana spektroskopią impedacyjną to metoda spektroskopowa pozwalającą badać właściwości dielektryczne materiału w funkcji częstotliwości oraz amplitudy przyłożonego pola elektrycznego. Tym samym, umożliwia ona badanie oddziaływania zewnętrznego pola elektrycznego ze stałymi bądź indukowanymi momentami dipolowymi w badanej próbce. Ryby elektryczne – ogólne określenie gatunków ryb, które posiadają zdolność wytwarzania pola elektrycznego lub odbierania jego obecności i zmian. Ryby takie występują w wielu niespokrewnionych ze sobą grupach systematycznych. Ich ciało zaopatrzone jest w narządy elektryczne – umożliwiające wytwarzanie impulsów elektrycznych w celu samoobrony lub obezwładnienia ofiary – bądź w elektroreceptory umożliwiające wykrywanie obecności oraz zmian pola elektrycznego. W węższym znaczeniu za ryby elektryczne uznawane są gatunki, u których występują narządy elektryczne

    Miernik częstotliwości, także: częstościomierz – urządzenie do pomiaru częstotliwości, zazwyczaj częstotliwości zmian napięcia elektrycznego. Pole elektromagnetyczne – pole fizyczne, stan przestrzeni, w której na obiekt fizyczny mający ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane, a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

    Wytrzymałość elektryczna, wytrzymałość dielektryczna – największa wartość natężenia pola elektrycznego, jaka może istnieć w dielektryku (izolatorze) bez wywołania przebicia. Jednostką wytrzymałości elektrycznej jest V/m.

    Dodano: 25.08.2011. 00:33  


    Najnowsze