油回収用多孔質媒体における細孔スケール イベント プロセスを特徴づけるためのマイクロ流体デバイス

Summary

この手順の目的は、簡単かつ迅速にカスタマイズ可能なジオメトリとオイルの回復研究有機液体による膨潤抵抗マイクロ流体デバイスを生成することです。ポリジメチルシロキサン金型で最初に生成されたあり、エポキシ ベースのデバイスをキャストするために使用します。代表的な変位の研究が報告されます。

Abstract

マイクロ流体デバイスは、微視的なスケールでの輸送過程を研究するための多彩なツールです。需要は、伝統的なポリジメチルシロキサン (PDMS) デバイスとは異なり、耐性低分子量オイル コンポーネントをマイクロ流体デバイスに存在します。ここでは、このプロパティを持つデバイスを作るための安易な方法を示す、このプロトコルの製品を使用して、回復する泡の原油によって細孔スケール メカニズムを検査するため。最初、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して、高解像度のプリンターで透明に印刷にも、パターンが設計されています。このパターンは、フォトレジストに露光プロシージャ経由で転送されます。PDMS はパターンにキャスト、オーブンで硬化、金型を取得する削除します。(OA)、光学接着剤として一般的に使用されるチオール-エン架橋ポリマーは鋳型に注がれてし、UV 光の下で硬化します。PDMS 金型、光学接着剤キャストから剥離します。ガラス基板を準備し、デバイスの 2 つの半分を接着しています。光学接着剤ベースのデバイスは、従来の PDMS マイクロ流路デバイスよりも堅牢。エポキシ構造は多くの有機溶剤による膨潤光有機液体を含む実験の新たな可能性を開きにくい。さらに、これらのデバイスの表面濡れ性動作は PDMS よりも安定です。光学接着剤マイクロ流体デバイスの構築は簡単です、まだ PDMS ベースのデバイスの作成よりも増分より多くの努力が必要です。また、光学接着剤デバイスが有機液体で安定しているが、久しぶりに付着強度の低下を示すことができる彼ら。多孔質媒体の 2 D micromodels として機能するジオメトリに光学接着剤マイクロ流体デバイスが可能です。これらのデバイスは、高められたオイルの回復と帯水層修復に関与する細孔スケール メカニズムの私達の理解を改善するために石油の変位の研究に適用されます。

Introduction

このメソッドの目的は、視覚化し、多段階・多成分流体相互作用および多孔質媒体内の複雑な細孔スケールのダイナミクスを分析することです。流動と多孔質媒体における輸送されている関心の長年にわたり、これらのシステムは、油回収、帯水層の修復、油圧破砕^1,2,などのいくつかの地下深部には適用^3,4,5します。 micromodels を使用すると、これらの複雑な細孔構造を模倣する、ユニークな洞察力は異なる流体相とメディア^{6,7,8 の細孔レベル動的イベントの可視化によって得られます。、9,10,11}。

従来の石英系 micromodels の作製は高価、時間のかかる作業、挑戦、....

Protocol

注意: このプロトコルは、高温のオーブン、有害化学物質、紫外線処理を含まれます。すべての化学物質等安全データシートをお読みして、機関の化学物質安全性ガイドラインに従ってください。

1. デバイスの設計

1. CAD ソフトウェア アプリケーションのフォトマスクを設計します。
   1. 長さ 3 cm、幅 0.5 cm 長方形断面水路を引く (図 1b-右上)。
   2. 多孔質媒体の穀物を表す閉じた図形の配列を作成します。
      注: これらの図形と呼びます投稿ソフト ・ リソグラフィー プロセス中に立体構造になるので。形状とポストのサイズは数十ミクロンのオーダーになるし、10 ~ 100 ミクロンの間隔を持ってください。不均一性を作成する複数のポストのサイズを用いることができるし、セクションがメディアの破壊をシミュレートする投稿の裸に残すことができます。
   3. 多孔質媒体のセクションとしてワイド約 3 分の 1 は、入口と出口のチャネルを描画します。ドレンとして機能する入口から生じるチャネルを描画します。
   4. デザインから 1.0 cm のクリアランスを最小限に抑えて全体のデザイン周りの境界ボックスを描画します。
      注: 境界ボックスと、デザインだけでなく、記事の枠線の間の領域は、フォトマスクを透明にします。
....

Results

この例の実験では、水性発泡は中東原油 (5.4 cP の粘度) と 40 ° の API の重力を転置する層状透磁率コントラストと異種多孔質層内されます。PDMS 泡発生器は光学接着剤ペーパー クラフトを原油で完全に飽和した以前に接続されます。図 1 a PDMS 用フォトマスクの CAD 設計発泡ジェネレーター、フォトレジスト パターン シリコンウェーハや完成した泡発生器入口と出口管の挿入を示しています。図 1 bは、異種光学接着モデル多孔質層の透過コントラストと対応するイメージを示しています。フォトマスク設計のそれぞれの透明および不透明な部分を注意してください。図 2のように、ガスと液体が注入された共同されるフロー中心の幾何学によって粗い泡が生成されます。このデモ用に選択された総流量は、0.8 mL/h の約 90% の窒素ガス部分血流です。使用される界面活性剤の水溶液は、1 wt % の濃.......

Discussion

光学接着剤 micromodels オイル回復過程を研究するためこのプロトコル非高分子 micromodels-ガラスやシリコン-PDMS マイクロ流体デバイスの簡易作製などの堅牢性のバランスを。ガラスや光学接着剤の micromodels とは異なり PDMS デバイス光有機種への抵抗がないです。PDMS micromodels はまた多くの実験に最適なこれらのデバイスの表面が不安定な濡れ性、ポリマー マトリックスは¹⁹のガスを透過ので。対照的に、光学接着剤は PDMS よりもはるかに安定した濡れ性を示しているし、それははるかに少ないガスの^20,21,22に透過性。具体的には、光学接着剤が残ったり PDMS²¹時間に比べて、O₂プラズマ治療後日間安定の作成した、水の接触角を。したがって、最小限の余分な労力と PDMS ではなく、光学接.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3 mL Leur-Lokシリンジ	Fischer Scientific	14-823-435
10 mL ガラスシリンジ	Fischer Scientific	1482698G
フォトマスク	CAD/Art サービス
シリコンウェーハ	大学ウェーハ	452
プロピレン-グリコール-メチル-エーテル-アセテート	シグマ アルドリッチ	484431-4L
150 mm ガラス ペトリ ディッシュ	カロライナ バイオロジカル サプライ	#721134
60 mm プラスチック ペトリ ディッシュ	カロライナ バイオロジカル サプライ	#741246
マスク アライナー	EV グループ	EVG 620
1 mm 生検パンチ	ミルテックス、プレインズボロ、ニュージャージー州	69031-01
工業用ディスペンシング チップ	CML サプライ	ゲージ23
倒立顕微鏡	オリンパス	IX-71
プラズマシステム	ハリックプラズマ	PDC-32G	プラズマクリーナー
ポリジメチルシロキサン (PDMS)	ダウコーニング、ミッドランド、ミシガン	州 SYLGARD 184
ノーランド光学接着剤 81 (NOA81) または (OA)	Norland Products Inc.	8116	光学接着剤
クイックセット エポキシ	フィッシャー・サイエンティフィック	4001
スライドガラス	Globe Scientic Inc.	1321
SU-8 2015 Photoresist	MicroChem	SU-8 2015	Photoresist
シリンジポンプ	Harvard Apparatus	Fusion 400
ガラス毛細管	SGE Analytical Science	1154710C
High-Speed Camera	Vision Research	V 4.3
Polyethylene Tubing	Scientific Commodities Inc.	#BB31695-PE/3