다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치

이 절차의 전반적인 목표는 오일 회수 연구에 사용하기 위해 사용자 정의 가능한 형상을 가진 미세 유체 장치를 신속하게 생산하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 다공성 매체에서 다상 흐름을 연구할 수 있습니다. 이러한 유형의 복잡한 흐름을 실제로 시각화할 수 있는 미세유체 시스템을 사용함으로써 대규모 저류층 시스템을 위한 향상된 오일 회수 방법을 설계할 수 있습니다.

이 기술의 가장 큰 장점은 안전하고 비용 효율적인 방식으로 데이터와 다양한 향상된 오일 회수 방법을 신속하게 수집할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 향상된 오일 회수 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 CO2 격리 및 대수층 개선과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다.

먼저 CAD 소프트웨어를 사용하여 게시물 배열로 채워진 직사각형 채널로 구성된 포토 마스크를 설계합니다. 이 패턴을 20미크론의 포토 레지스트로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 노출시킵니다. 그리고 이 마스터를 사용하여 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 PDMS 금형을 생성합니다.

깨끗한 PDMS 몰드 패턴 면이 위로 향하게 하여 먼지가 없는 150mm 플라스틱 페트리 접시 바닥에 놓습니다. PDMS가 10초 동안 플라스틱에 부착되도록 한 다음 투명 플라스틱 테이프로 PDMS 표면을 보호합니다. 이 시점에서 절차가 일시 중지될 수 있습니다.

그런 다음 패턴 표면에서 테이프를 제거하고 광학 접착제를 금형 상단 표면에서 약 0.9cm 깊이까지 접시에 붓습니다. 면봉을 사용하여 형성된 거품을 부드럽게 제거합니다. 이제 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 UV 광 경화 시스템을 사용하여 광학 접착제를 경화합니다.

그런 다음 상자 절단기를 사용하여 금형에서 광학 접착제를 조심스럽게 분리합니다. 그런 다음 튼튼한 가위를 사용하여 디자인 가장자리에서 여분의 광학 접착제를 제거합니다. 광학 접착제 퍽에서 PDMS 금형을 천천히 떼어냅니다.

1mm 생검 펀치를 사용하여 장치에 입구, 출구 및 배수구를 만듭니다. 마지막으로, 투명 테이프를 사용하여 광학 접착제 및 PDMS 표면의 패턴이 있는 부분을 보호합니다. 새 유리 슬라이드를 스핀 코팅기에 놓고 슬라이드에 1mm의 광학 접착제를 분배합니다.

슬라이드를 스핀 코팅하는 것은 2 단계로 이루어집니다. 먼저 500RPM으로 5초 동안 돌린 다음 RPM을 4000으로 높이고 20초 동안 돌립니다. 기판을 자외선 처리로 빠르게 옮기고 자외선 아래에서 얇은 광학 접착 층을 30초 동안 부분적으로 경화시킵니다.

다음으로, 광학 접착제 캐스트 패턴이 위로 향하게 하고 코팅된 면이 위로 향하게 기판을 산소 플라즈마 세정제에 넣습니다. 진공을 540밀리토르로 당깁니다. 그런 다음 플라즈마로 20초 동안 표면을 처리합니다.

완료되면 조각을 제거하고 원치 않는 모든 공기 주머니가 최소화되거나 제거될 때까지 두 개의 처리된 표면을 함께 단단히 누릅니다. 그런 다음 장치를 다시 자외선 아래에 놓고 20분 동안 완전히 경화시킵니다. 그런 다음 18시간 동안 섭씨 50도로 가열된 열판에 장치를 놓습니다.

완료되면 0.58mm ID 저밀도 폴리에틸렌 튜브의 6인치 길이 세그먼트를 장치의 각 포트에 삽입합니다. 그런 다음 퀵셋 에폭시를 추가하여 튜브를 제자리에 고정합니다. 테이프를 사용하여 고속 카메라가 장착된 도립 현미경에 미세유체 장치를 고정합니다.

4x 목표를 선택하고 관심 영역에 초점을 맞춥니다. 여기에 장치의 입구 영역이 표시됩니다. 그런 다음 23게이지 산업용 디스펜싱 팁이 장착된 10ml 유리 주사기에 3ml의 원유 또는 모달 오일을 로드합니다.

주사기를 주사기 펌프 홀더에 고정하고 주사기 펌프 설정에서 적절한 직경 값을 설정합니다. 다음으로, 1밀리리터의 변위 유체를 23게이지 산업용 디스펜싱 팁이 장착된 3리터 플라스틱 주사기에 넣습니다. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 고정하고 다시 주사기 펌프 설정에서 적절한 직경 값을 설정합니다.

바늘 끝을 튜브에 삽입하여 변위 유체를 장치 입구에 연결합니다. 그런 다음 오일이 채워진 주사기를 포트에 연결합니다. 시간당 2밀리리터의 속도로 장치의 출구 포트로 오일을 흐르게 하는 동시에 시간당 0.8밀리리터의 속도로 치환 유체를 입구 포트로 흐르게 합니다.

이 시연에는 옵션인 폼 생성기가 사용됩니다. 두 액체가 모두 배수 포트로 흘러나올 때까지 20ml 유리 바이알에 부유한 것을 모으십시오. 치환액은 다공성 매체로 들어가서는 안 되며, 카메라가 제자리에 있고 촬영이 시작될 때까지 배수구로 직접 나가야 합니다.

다공성 미디어 장치에서 원하는 현상을 캡처할 수 있을 만큼 빠른 프레임 속도로 관심 영역 촬영을 시작합니다. 또한 100% 오일 포화 영역의 정지 이미지를 캡처합니다. 그런 다음 오일에 흐르는 튜브를 신속하고 동시에 절단하면서 배수관을 5cm 바인더 클립으로 고정합니다.

오일 변위가 안정된 상태에 도달하거나 카메라의 메모리가 부족할 때까지 변위 유체가 장치에 침입하도록 합니다. 오일 포화 마이크로 모델의 일반적인 결과가 여기에 나와 있습니다. 파괴 영역에서 거품은 예상대로 투과성이 낮은 매트릭스로 전환됩니다.

거품은 핀치 오프 (pinch-off)와 라멜라 분열 (lamella division)로 설명 될 수있는 두 가지 주요 메커니즘을 통해 생성됩니다. 거품 파괴는 coalescence, capillary suction 및 diffusion coarsening의 형태로 쉽게 식별할 수 있습니다. 이 방법에 따라, 우리는 실제로 이러한 미세유체 시스템을 사용하여 알칼리성 범람, 폴리머 범람, 계면활성제 범람과 같은 다른 향상된 오일 회수 공정을 연구할 수 있을 뿐만 아니라 대수층 개선과 같은 다른 복잡한 다공성 매체 공정을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

따라서 또 다른 관심 분야는 실제로 이러한 미세유체 장치를 사용하여 탄소 포집 및 격리를 연구하는 것입니다. 우리는 실제로 이러한 미세유체 시스템을 통해 이산화탄소가 다공성 매체 내에 갇히는 메커니즘을 볼 수 있습니다.