Name: Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-02T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 6 s
Description: Poznaj techniki mikroprzepływowe do badań transportu nadkrytycznej piany CO₂ w pękniętych zbiornikach. Metoda umożliwia bezpośrednią obserwację przepływu płynów w złożonych geometriach pod wysokim ciśnieniem.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy z University of Wyoming dziękują za wsparcie dla Centrum Mechanistycznej Kontroli Interakcji Woda-Węglowodor-Skała w Niekonwencjonalnych i Ciasnych Formacjach Naftowych (CMC-UF), Centrum Badań Granicznych Energii finansowanego przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Nauki w ramach nagrody DOE (BES) DE-SC0019165. Autorzy z University of Kansas pragną podziękować National Science Foundation EPSCoR Research Infrastructure Improvement Program: Track -2 Focused EPSCoR Collaboration award (OIA-1632892) za finansowanie tego projektu. Autorzy wyrażają również swoje uznanie dla Jindi Sun z Wydziału Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Wyoming za jej hojną pomoc w szkoleniu na instrumencie. SAA dziękuje Kyle'owi Winkelmanowi z University of Wyoming za pomoc w budowie stanowisk do obrazowania i UV. Na koniec, co nie mniej ważne, autorzy dziękują Johnowi Wasserbauerowi z microGlass, LLC za użyteczne dyskusje na temat techniki TRU.

UWAGA: Ten protokół obejmuje obsługę instalacji wysokociśnieniowej, pieca wysokotemperaturowego, niebezpiecznych chemikaliów i światła UV. Prosimy o uważne przeczytanie wszystkich odpowiednich kart charakterystyki substancji niebezpiecznych i przestrzeganie wytycznych dotyczących bezpieczeństwa chemicznego. Zapoznaj się z wytycznymi dotyczącymi bezpieczeństwa prób ciśnieniowych (hydrostatycznych i pneumatycznych), w tym wymaganym szkoleniem, bezpieczną obsługą wszystkich urządzeń, powiązanymi zagrożeniami, kontaktami awaryjnymi itp. przed rozpoczęciem procesu wtrysku.
1. Projektowanie wzorów geometrycznych
<ol>
	<li>Zaprojektuj fotomaskę zawierającą cechy geometryczne i interesujące ścieżki przepływu (<silna klasa="xfig">Rysunek 1, Plik uzupełniający 1: Rysunek S1).</li>
	<li>Zdefiniuj obwiednię (pole powierzchni urządzenia), aby zidentyfikować obszar podłoża i ograniczyć projekt do wymiarów żądanego medium.</li>
	<li>Zaprojektuj porty wlotowe/wylotowe. Wybierz wymiary portu (np. w tym przypadku średnicę 4 mm), aby uzyskać w miarę równomierne rozprowadzenie piany przed wejściem do medium (<klasa strong="xfig">Rysunek 1).</li>
	<li>Przygotuj fotomaskę zaprojektowanego wzoru geometrycznego, drukując wzór na arkuszu przezroczystej folii lub szklanym podłożu.
	<ol>
		<li>Wyciśnij dwuwymiarową konstrukcję do trzeciego wymiaru i włącz porty wlotowe i wylotowe (do użytku w SLE). 
		UWAGA: Technika SLE wymaga wykonania trójwymiarowego rysunku (<silna klasa="xfig">Rysunek 2).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przenieś wzory geometryczne na szklane podłoże za pomocą fotolitografii
UWAGA: Z wytrawiaczami i roztworami piranii należy obchodzić się z najwyższą ostrożnością. Zaleca się stosowanie środków ochrony osobistej, w tym maski oddechowej wielokrotnego użytku, okularów, rękawic oraz pęsety odpornej na kwasy/korozję (tabela materiałów).
<ol>
	<li>Przygotować roztwory potrzebne w procesie trawienia na mokro, wykonując następujące kroki (patrz również elektroniczne informacje uzupełniające dostarczone jako plik uzupełniający 1).
	<ol>
		<li>Wlać odpowiednią ilość roztworu wytrawiacza chromowego do zlewki, tak aby podłoże można było zanurzyć w wytrawiaczu. Podgrzej płyn do około 40 °C.</li>
		<li>Przygotować roztwór wywoływacza (tabela materiałów) w wodzie dejonizowanej (woda dejonizowana) o stosunku objętościowym 1:8, tak aby podłoże mogło być całkowicie zanurzone w mieszaninie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odcisk geometrycznego wzoru na podłożu borokrzemianowym pokrytym warstwą chromu i warstwą fotorezystu za pomocą promieniowania UV.
	<ol>
		<li>Za pomocą dłoni w rękawiczkach umieść maskę (podłoże szklane lub przezroczystą folię z geometrycznym wzorem) bezpośrednio na boku podłoża borokrzemianowego, które jest pokryte chromem i fotorezystem.</li>
		<li>Umieść kombinację fotomaski i podłoża w świetle UV tak, aby fotomaska była skierowana w stronę źródła. 
		UWAGA: Ta praca wykorzystuje światło UV o długości fali 365 nm (aby dopasować szczytową czułość fotorezystu) i o średniej intensywności 4,95 mW/cm2.</li>
		<li>Przenieś wzór geometryczny na warstwę fotorezystu, wystawiając stos podłoża i maskę na działanie światła UV. 
		UWAGA: Optymalny czas naświetlania jest funkcją grubości warstwy fotorezystu oraz siły promieniowania UV. Fotokursor jest wrażliwy na światło i cały proces odcisku wzoru musi być wykonany w ciemnym pomieszczeniu wyposażonym w żółte oświetlenie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozwiń fotorezyst.
	<ol>
		<li>Usuń stos fotomaski i podłoża ze sceny UV za pomocą rękawiczek.</li>
		<li>Zdejmij fotomaskę i zanurz podłoże w roztworze wywoływacza na około 40 s, przenosząc w ten sposób wzór na fotorezyst.</li>
		<li>Kaskadowo spłukać podłoże poprzez spuszczenie wody DI z wierzchu podłoża i na wszystkie jego powierzchnie co najmniej trzy razy i pozostawić podłoże do wyschnięcia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytraw wzór w warstwie chromu.
	<ol>
		<li>Zanurz podłoże w wytrawiaczu chromowym podgrzanym do około 40 °C na około 40 s, przenosząc w ten sposób wzór z fotorezystu na warstwę chromu.</li>
		<li>Usunąć podłoże z roztworu, spłukać kaskadowo podłoże za pomocą wody demineralizowanej i pozostawić do wyschnięcia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytrawić wzór w podłożu borokrzemianowym. 
	UWAGA: Buforowany wytrawiacz (Tabela materiałów) służy do przenoszenia wzoru geometrycznego na podłoże szklane. Przed użyciem buforowanego wytrawiacza tylna strona podłoża jest pokryta warstwą fotorezystu, aby osłonić ją przed wytrawiaczem. Grubość tej warstwy ochronnej nie ma znaczenia dla całego procesu produkcyjnego.
	<ol>
		<li>Za pomocą pędzla nałóż kilka warstw heksametyldisilazanu (HMDS) na odsłoniętą powierzchnię podłoża i pozostaw do wyschnięcia. 
		UWAGA: HMDS pomaga promować przyczepność fotorezystu do powierzchni podłoża borokrzemianowego.</li>
		<li>Nałóż jedną warstwę fotorezystu na wierzch podkładu. Podłoże umieszczamy w piekarniku w temperaturze 60–90 °C na 30–40 min.</li>
		<li>Wlej odpowiednią ilość wytrawiacza do plastikowego pojemnika i całkowicie zanurz podłoże w wytrawiaczu. 
		UWAGA: Na szybkość trawienia ma wpływ stężenie, temperatura i czas trwania ekspozycji. Buforowany wytrawiacz użyty w tej pracy wytrawia średnio 1\u201210 nm/min.</li>
		<li>Pozostaw wzorzyste podłoże w roztworze wytrawiacza na określony czas w zależności od pożądanej głębokości kanału. 
		UWAGA: Czas trawienia może zostać skrócony przez przerywaną sonikację roztworu w kąpieli.</li>
		<li>Usuń podłoże z wytrawiacza za pomocą pęsety odpornej na rozpuszczalniki i spłucz kaskadowo podłoże wodą demineralizowaną.</li>
		<li>Scharakteryzuj wytrawione cechy na podłożu, aby upewnić się, że osiągnięto pożądane głębokości. 
		UWAGA: Tę charakterystykę można wykonać za pomocą laserowego skaningowego mikroskopu konfokalnego (<silna klasa="xfig">Rysunek 3). W tej pracy do akwizycji danych wykorzystywane jest 10-krotne powiększenie. Gdy głębokość kanału będzie zadowalająca, przejdź do etapu czyszczenia i klejenia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Czyszczenie i wiązanie
<ol>
	<li>Usuń warstwy fotorezystu i chromu.
	<ol>
		<li>Usunąć fotorezyst, wystawiając podłoże na działanie rozpuszczalnika organicznego, takiego jak roztwór N-metylo-2-pirolidon (NMP), podgrzewany za pomocą płyty grzejnej pod kapturem do około 65 °C przez około 30 minut.</li>
		<li>Kaskadowo przepłukać podłoże acetonem (klasa ACS), a następnie etanolem (klasa ACS) i wodą DI.</li>
		<li>Oczyszczone podłoże umieścić w wytrawiaczu chromowym podgrzanym za pomocą płyty grzejnej pod pokrywą do temperatury około 40 °C na około 1 minutę, usuwając w ten sposób warstwę chromu z podłoża.</li>
		<li>Gdy podłoże jest wolne od chromu i fotorezystu, scharakteryzuj głębokości kanałów za pomocą laserowej skaningowej mikroskopii konfokalnej. 
		UWAGA: W tej pracy do akwizycji danych użyto 10-krotnego powiększenia (<silna klasa="xfig">Rysunek 4).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj pokrywę i wytrawione podłoże do klejenia.
	<ol>
		<li>Zaznacz położenie otworów wlotowych/wylotowych na czystym podłożu borokrzemianowym (płycie pokrywowej), wyrównując płytę pokrywy z wytrawionym podłożem.</li>
		<li>Otwory przelotowe w zaznaczonych miejscach należy wydmuchiwać za pomocą piaskarki mikrościernej i mikrościerniska z tlenkiem glinu o wielkości 50 μm. 
		UWAGA: Alternatywnie porty można utworzyć za pomocą wiertarki mechanicznej.</li>
		<li>Kaskadowo spłucz zarówno wytrawione podłoże, jak i płytę pokrywową wodą DI.</li>
		<li>Wykonaj procedurę czyszczenia płytki RCA, aby usunąć zanieczyszczenia przed klejeniem przy użyciu standardowej techniki. Czynności czyszczenia wafli należy wykonywać pod maską ze względu na lotność roztworów biorących udział w procesie.</li>
		<li>Doprowadź roztwór piranii o stosunku objętościowym 1:4 H2O2:H2SO4 do wrzenia i zanurz podłoże i płytkę przykrywającą w roztworze na 10 minut pod maską.</li>
		<li>Kaskadowo spłukać podłoże i płytę przykrywającą wodą DI.</li>
		<li>Zanurz podłoże i płytę pokrywową w buforowanym wytrawiaczu na 30–40 s.</li>
		<li>Kaskadowo spłukać podłoże i płytę przykrywającą wodą DI.</li>
		<li>Zanurzyć podłoże i płytę pokrywową na 10 minut w roztworze o proporcjach 6:1:1 objętościowo woda:H2O2:HCl, który jest podgrzewany do około 75 °C. 
		UWAGA: Wytrawianie i klejenie najlepiej wykonywać w pomieszczeniu czystym. Jeśli pomieszczenie czyste nie jest dostępne, zaleca się wykonanie następujących czynności w środowisku wolnym od kurzu. W tej pracy kroki 3.2.9–3.2.12 są wykonywane w komorze rękawicowej, aby zminimalizować możliwość zanieczyszczenia substratów.</li>
		<li>Dociśnij mocno podłoże i pokrywę do siebie, gdy są zanurzone.</li>
		<li>Usunąć podłoże i płytkę pokrywową z roztworu DI woda:H2O2:HCl. Spłucz kaskadowo wodą DI i zanurz w wodzie DI.</li>
		<li>Upewnij się, że podłoże i płyta przykrywająca są mocno połączone ze sobą i ostrożnie wyjmij je, dociskając do siebie z wody DI.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podłoża spajać termicznie.
	<ol>
		<li>Umieść ułożone w stos podłoża (wytrawione podłoże i płytę pokrywową) między dwiema gładkimi płytkami szklano-ceramicznymi o grubości 1,52 cm w celu sklejenia.</li>
		<li>Umieść płytki szklano-ceramiczne między dwiema metalowymi płytkami wykonanymi ze stopu X (tabela materiałów), który jest w stanie wytrzymać wymagane temperatury bez znacznych zniekształceń.</li>
		<li>Wyśrodkuj szklane płytki w ceramiczno-metalowym uchwycie. 
		UWAGA: W tej pracy wykorzystano płyty szklano-ceramiczne o grubości 10 cm x 10 cm x 1,52 cm. Zestaw piętrowy jest zabezpieczony za pomocą i nakrętek 1/4" (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 5).</li>
		<li>Ręcznie dokręć nakrętki i umieść uchwyt w komorze próżniowej na 60 minut w temperaturze około 100 °C.</li>
		<li>Wyjmij uchwyt z komory i ostrożnie dokręć nakrętki, dokręcając około 10 lb-in momentu obrotowego.</li>
		<li>Umieść uchwyt w piecu i wykonaj następujący program grzania. Podnieść temperaturę o 1 °C/min do 660 °C; Utrzymywać stałą temperaturę na poziomie 660 °C przez 6 godzin, a następnie schładzać ją na poziomie około 1 °C/min z powrotem do temperatury pokojowej.</li>
		<li>Wyjmij termicznie połączone urządzenie mikroprzepływowe, przepłucz je wodą DI, umieść w HCl (12,1 M) i zanurz roztwór w kąpieli (40 kHz przy 100 W mocy) na godzinę (<silna klasa="xfig">Rysunek 6).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Produkcja laserowo trawionych szklanych urządzeń mikroprzepływowych
UWAGA: Produkcja urządzenia została wykonana przez zewnętrzną firmę zajmującą się drukiem 3D szkła (Tabela Materiałów) za pomocą procesu SLE i przy użyciu stopionego podłoża krzemionkowego jako prekursora.
<ol>
	<li>Napisz żądany wzór na podłożu ze stopionej krzemionki za pomocą liniowo spolaryzowanej wiązki laserowej zorientowanej prostopadle do stolika wygenerowanej przez femtosekundowe źródło lasera o czasie trwania impulsu 0,5 ns, częstotliwości powtarzania 50 kHz, energii impulsu 400 nJ i długości fali 1,06 μm.</li>
	<li>Usuń szkło z zapisanego wzoru wewnątrz stopionego podłoża krzemionkowego za pomocą roztworu KOH (32% wag.) w temperaturze 85 °C z ultradźwiękową sonikacją (<silna klasa = "xfig">Rysunek 7).</li>
</ol>
5. Wykonaj testy wysokociśnieniowe
<ol>
	<li>Nasycić urządzenie mikroprzepływowe płynem rezydentnym (np. wodą demineralizowaną, roztworem środka powierzchniowo czynnego, olejem itp., w zależności od rodzaju eksperymentu) za pomocą pompy strzykawkowej.</li>
	<li>Przygotuj płyny wytwarzające pianę i powiązane instrumenty.
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór solanki (płyn rezydujący) o pożądanym zasoleniu i rozpuścić środek powierzchniowo czynny (taki jak lauramidopropylowa betaina i alfa-olefin-sulfonian) o pożądanym stężeniu (zgodnie z krytycznym stężeniem miceli środka powierzchniowo czynnego) w solance.</li>
		<li>Napełnij zbiorniki pomp CO2 i wodnych odpowiednią ilością płynów zgodnie z eksperymentem w temperaturze pokojowej.</li>
		<li>Napełnij akumulator solanki i przewody przepływowe roztworem środka powierzchniowo czynnego za pomocą strzykawki. W tej pracy wykorzystano akumulator o pojemności 40 ml.</li>
		<li>Przepłukać przewód solanki roztworem solanki.</li>
		<li>Przepłukać przewód łączący akumulator z urządzeniem i przewody wylotowe płynem rezydującym (w tym przypadku roztworem solanki).</li>
		<li>Umieść nasycone urządzenie mikroprzepływowe w uchwycie odpornym na ciśnienie i podłącz porty wlotowe/wylotowe do odpowiednich przewodów za pomocą rurki o średnicy wewnętrznej 0,010" (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 8, plik uzupełniający 1: Rysunek S5).</li>
		<li>Zwiększ temperaturę łaźni obiegowej, która kontroluje temperaturę przewodów solanki iCO2, do żądanej temperatury (np. 40 °C tutaj (<silna klasa="xfig">Rysunek 9)).</li>
		<li>Sprawdź wszystkie przewody, aby zapewnić integralność zestawu przed wstrzyknięciem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytworzyć pianę.
	<ol>
		<li>Rozpocząć wstrzykiwanie solanki z szybkością 0,5 ml/min i sprawdzić przepływ roztworu środka powierzchniowo czynnego do urządzenia i przewodu zwrotnego.</li>
		<li>Zwiększaj ciśnienie zwrotne i ciśnienie pompy solanki jednocześnie w stopniowych krokach (~ 0,006 MPa/s) przy zachowaniu ciągłego przepływu z wylotu regulatora ciśnienia zwrotnego (BPR). Zwiększyć ciśnienie do ~7,38 MPa (minimalne wymagane ciśnieniescCO2) i zatrzymać pompy.</li>
		<li>Zwiększyć ciśnienie w przewodzie CO2 do ciśnienia powyżej 7,38 MPa (minimalne ciśnienie scCO2 ).</li>
		<li>Otwórz zawór CO2 i pozwól, aby scCO2 zmieszany z wysokociśnieniowym roztworem środka powierzchniowo czynnego przepłynął przez mieszalnik liniowy w celu wytworzenia piany.</li>
		<li>Poczekaj, aż przepływ wewnątrz urządzenia zostanie w pełni rozwinięty, a kanały zostaną nasycone. Monitorować wylot pod kątem początku wytwarzania piany. 
		UWAGA: Porty pomocnicze mogą być używane do wstępnego pełnego nasycenia podłoża płynem rezydentnym (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1). Niespójności w tempie narastania ciśnienia i nagłe wzrosty BPR mogą prowadzić do pęknięcia (<silna klasa="xfig">Rysunek 10). Ciśnienie płynu i przeciwciśnienie należy zwiększać stopniowo, aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia urządzenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonuj obrazowanie i analizę danych w czasie rzeczywistym.
	<ol>
		<li>Włącz kamerę, aby uchwycić szczegółowe obrazy przepływu wewnątrz kanałów. W pracy wykorzystano aparat wyposażony w 60-megapikselową, monochromatyczną, pełnoklatkową matrycę.</li>
		<li>Uruchom dedykowane oprogramowanie do sterowania migawką (tabela materiałów). Wybierz czas otwarcia migawki 1/60, współczynnik ogniskowej (liczbę f) f/8,0 i wybierz odpowiedni obiektyw.</li>
		<li>Uruchom dedykowane oprogramowanie kamery (Tabela materiałów). Wybierz kamerę, żądany format (np. IIQL) i ustawienie ISO 200 w menu rozwijanym w ustawieniach "CAMERA" oprogramowania.</li>
		<li>W razie potrzeby dostosuj odległość roboczą aparatu do medium, aby ustawić ostrość na nośniku. Rób zdjęcia w określonych odstępach czasu, naciskając przycisk przechwytywania w oprogramowaniu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozhermetyzować system z powrotem do warunków otoczenia.
	<ol>
		<li>Zatrzymać wtrysk (pompy gazu i cieczy), zamknąć wloty pompy CO2 i solanki, otworzyć pozostałe zawory przewodów i wyłączyć grzałki.</li>
		<li>Stopniowo zmniejszaj ciśnienie wsteczne (np. z szybkością 0,007 MPa/s), aż system osiągnie warunki ciśnienia otoczenia. Oddzielnie zmniejszyć ciśnienie pompy solanki i CO2 . 
		UWAGA: Zmniejszenie ciśnienia scCO2 może spowodować niespójny lub turbulentny odpływ BPR, dlatego spadek ciśnienia musi być wykonywany z należytą ostrożnością.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po każdym eksperymencie należy dokładnie oczyścić urządzenie mikroprzepływowe, w razie potrzeby, przepuszczając przez medium następującą sekwencję roztworów: izopropanol/etanol/woda (1:1:1), 2 M roztwór HCl, woda DI, roztwór zasadowy (woda DI/NH4OH/H2O2 w 5:5:1) i woda DI.</li>
	<li>Przetwarzanie końcowe zebranych obrazów.
	<ol>
		<li>Wyodrębnij pejzaż porów, wykluczając tło z obrazów.</li>
		<li>Drobne niewspółosiowości można skorygować, wykonując transformację perspektywy i wdrażając lokalną strategię progowania w razie potrzeby, aby uwzględnić niejednorodne oświetlenie28.</li>
		<li>Oblicz parametry geometryczne i statystyczne istotne dla eksperymentu, takie jak średni rozmiar pęcherzyka, rozkład rozmiaru pęcherzyków i kształt pęcherzyków dla każdego obrazu mikrostruktury pianki w kanale.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Hyman, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+hydraulic+fracturing%3A+a+multi-scale+problem%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+A%3A+Mathematical%2C+Physical+and+Engineering+Sciences+A%22%5BJournal%5D)">Understanding hydraulic fracturing: a multi-scale problem.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences A. 13 (374), 1-15 (2016).</li>
<li>Middleton, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shale+gas+and+non-aqueous+fracturing+fluids%3A+Opportunities+and+challenges+for+supercritical+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">Shale gas and non-aqueous fracturing fluids: Opportunities and challenges for supercritical CO2.</a> Applied Energy. 147 (1), 500-509 (2015).</li>
<li>Hosseini, H., Tsau, J., Peltier, E., Barati, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lowering+Fresh+Water+Usage+in+Hydraulic+Fracturing+by+Stabilizing+scCO2+Foam+with+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles+Prepared+in+High+Salinity+Produced+Water%5BTitle%5D)+AND+%22SPE-189555-MS%22%5BJournal%5D)">Lowering Fresh Water Usage in Hydraulic Fracturing by Stabilizing scCO2 Foam with Polyelectrolyte Complex Nanoparticles Prepared in High Salinity Produced Water.</a> SPE-189555-MS. , (2018).</li>
<li>Gregory, K. B., Vidic, R. D., Dzombak, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+management+challenges+associated+with+the+production+of+shale+gas+by+hydraulic+fracturing%5BTitle%5D)+AND+%22Elements%22%5BJournal%5D)">Water management challenges associated with the production of shale gas by hydraulic fracturing.</a> Elements. 7, 181-186 (2017).</li>
<li>Ellsworth, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injection-Induced+Earthquakes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Injection-Induced Earthquakes.</a> Science. 341, 1-8 (2013).</li>
<li>Hosseini, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+Mechanistic+Study+of+Stabilized+Dry+CO2+Foam+Using+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles+Compatible+with+Produced+Water+To+Improve+Hydraulic+Fracturing+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Industrial+and+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Experimental and Mechanistic Study of Stabilized Dry CO2 Foam Using Polyelectrolyte Complex Nanoparticles Compatible with Produced Water To Improve Hydraulic Fracturing Performance.</a> Journal of Industrial and Engineering Chemistry Research. 58, 9431-9449 (2019).</li>
<li>Hosseini, H., Tsau, J. S., Peltier, E., Ghahfarokhi, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stable+scCO2-high+salinity+brine+interface+for+waterless+fracturing+using+polyelectrolyte+complex+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Abstract+Paper+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Highly stable scCO2-high salinity brine interface for waterless fracturing using polyelectrolyte complex nanoparticles.</a> Abstract Paper of American Chemical Society. 256, ACS. Boston, MA. (2018).</li>
<li>Al-Muntasheri, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+Review+of+Hydraulic-Fracturing+Fluids+for+Moderate-+to+Ultralow-+Permeability+Formations+Over+the+Last+Decade%5BTitle%5D)+AND+%22SPE+Production+%26+Operations%2C+SPE-169552%22%5BJournal%5D)">Critical Review of Hydraulic-Fracturing Fluids for Moderate- to Ultralow- Permeability Formations Over the Last Decade.</a> SPE Production & Operations, SPE-169552. 29 (04), 243-260 (2014).</li>
<li>Tong, S., Singh, R., Mohanty, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proppant+Transport+in+Fractures+with+Foam-Based+Fracturing+Fluids%5BTitle%5D)+AND+%22SPE-187376-MS%22%5BJournal%5D)">Proppant Transport in Fractures with Foam-Based Fracturing Fluids.</a> SPE-187376-MS. , (2017).</li>
<li>Fernø, M. A., Eide, Ø, Steinsbø, M., Langlo, S. A. W., Christophersen, A., Skibenes, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mobility+control+during+CO2+EOR+in+fractured+carbonates+using+foam%3A+Laboratory+evaluation+and+numerical+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Petroleum+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mobility control during CO2 EOR in fractured carbonates using foam: Laboratory evaluation and numerical simulations.</a> Journal of Petroleum Science and Engineering. 135, 442-451 (2015).</li>
<li>Middleton, R., Viswanathan, H., Currier, R., Gupta, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2+as+a+fracturing+fluid%3A+Potential+for+commercial-scale+shale+gas+production+and+CO2+sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Procedia%22%5BJournal%5D)">CO2 as a fracturing fluid: Potential for commercial-scale shale gas production and CO2 sequestration.</a> Energy Procedia. 63, 7780-7784 (2014).</li>
<li>Guo, F., Aryana, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+sweep+efficiency+due+to+foam+flooding+in+a+heterogeneous+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Petroleum+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Improved sweep efficiency due to foam flooding in a heterogeneous microfluidic device.</a> Journal of Petroleum Science and Engineering. 164, 155-163 (2018).</li>
<li>Nazari, N., Hosseini, H., Jyun-Syung, T., Shafer-Peltier, K., Marshall, C., Ye, Q., Ghahfarokhi, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+Highly+Stable+Lamella+Using+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles%3A+An+Environmentally+Friendly+scCO2+Foam+Injection+Method+for+CO2+Utilization+Using+EOR%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Development of Highly Stable Lamella Using Polyelectrolyte Complex Nanoparticles: An Environmentally Friendly scCO2 Foam Injection Method for CO2 Utilization Using EOR.</a> Fuel. 261, 11636(2020).</li>
<li>Nguyen, V. H., Kang, C., Roh, C., Shim, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supercritical+CO2+-Mediated+Synthesis+of+CNT%40Co3O4+Nanocomposite+and+Its+Application+for+Energy+Storage%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+and+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Supercritical CO2 -Mediated Synthesis of CNT@Co3O4 Nanocomposite and Its Application for Energy Storage.</a> Industrial and Engineering Chemistry Research. 55, 7338-7343 (2016).</li>
<li>Guo, F., Aryana, S. A., Wang, Y., Mclaughlin, J. F., Coddington, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+storage+capacity+of+CO2+in+megaporous+saline+aquifers+using+nanoparticle-stabilized+CO2+foam%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Greenhouse+Gas+Control%22%5BJournal%5D)">Enhancement of storage capacity of CO2 in megaporous saline aquifers using nanoparticle-stabilized CO2 foam.</a> International Journal of Greenhouse Gas Control. 87, 134-141 (2019).</li>
<li>Guo, F., Aryana, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+investigation+of+nanoparticle-stabilized+CO2+foam+used+in+enhanced+oil+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">An experimental investigation of nanoparticle-stabilized CO2 foam used in enhanced oil recovery.</a> Fuel. 186, 430-442 (2016).</li>
<li>Guo, F., He, J., Johnson, A., Aryana, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilization+of+CO2+foam+using+by-product+fly+ash+and+recyclable+iron+oxide+nanoparticles+to+improve+carbon+utilization+in+EOR+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Sustainable+Energy+and+Fuels%22%5BJournal%5D)">Stabilization of CO2 foam using by-product fly ash and recyclable iron oxide nanoparticles to improve carbon utilization in EOR processes.</a> Sustainable Energy and Fuels. 1, 814-822 (2017).</li>
<li>Wang, Y., Shahvali, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discrete+fracture+modeling+using+Centroidal+Voronoi+grid+for+simulation+of+shale+gas+plays+with+coupled+nonlinear+physics%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Discrete fracture modeling using Centroidal Voronoi grid for simulation of shale gas plays with coupled nonlinear physics.</a> Fuel. 163, 65-73 (2016).</li>
<li>Tiggelaar, R. M., Benito-Lopez, F., Hermes, D. C., Rathgen, H., Egberink, R. J. M., Mugele, F. G., Reinhoudt, N. D., van den Berg, A., Verboom, W., Gardeniers, H. J. G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication%2C+mechanical+testing+and+application+of+high-pressure+glass+microreactor+chips%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Fabrication, mechanical testing and application of high-pressure glass microreactor chips.</a> Chemical Engineering Journal. 131, 163-170 (2007).</li>
<li>Marre, S., Adamo, A., Basak, S., Aymonier, C., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Packaging+of+Microreactors+for+High+Pressure+and+High+Temperature+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+and+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Design and Packaging of Microreactors for High Pressure and High Temperature Applications.</a> Industrial and Engineering Chemistry Research. 49, 11310-11320 (2010).</li>
<li>Paydar, O. H., Paredes, C. N., Hwang, Y., Paz, J., Shah, N. B., Candler, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+3D-printed+microfluidic+chip+interconnects+with+integrated+O-rings%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">Characterization of 3D-printed microfluidic chip interconnects with integrated O-rings.</a> Sensors Actuators A: Physical. 205, 199-203 (2014).</li>
<li>Jiménez-Martínez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pore-scale+mechanisms+for+the+enhancement+of+mixing+in+unsaturated+porous+media+and+implications+for+chemical+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Pore-scale mechanisms for the enhancement of mixing in unsaturated porous media and implications for chemical reactions.</a> Geophysical Research Letters. 42, 5316-5324 (2015).</li>
<li>Jiménez-martínez, J., Porter, M. L., Hyman, J. D., Carey, J. W., Viswanathan, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixing+in+a+three-phase+system%3A+Enhanced+production+of+oil-wet+reservoirs+by+CO2+injection%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Mixing in a three-phase system: Enhanced production of oil-wet reservoirs by CO2 injection.</a> Geophysical Research Letters. 43, 196-205 (2016).</li>
<li>Rognmo, A. U., Fredriksen, S. B., Alcorn, Z. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pore-to-Core+EOR+Upscaling+for+CO2+Foam+for+CCUS%5BTitle%5D)+AND+%22SPE+Journal%22%5BJournal%5D)">Pore-to-Core EOR Upscaling for CO2 Foam for CCUS.</a> SPE Journal. 24, 1-11 (2019).</li>
<li>Erickstad, M., Gutierrez, E., Groisman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-cost+low-maintenance+ultraviolet+lithography+light+source+based+on+light-emitting+diodes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A low-cost low-maintenance ultraviolet lithography light source based on light-emitting diodes.</a> Lab on a Chip. 15, 57-61 (2015).</li>
<li>Guo, F., Aryana, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Experimental+Investigation+of+Flow+Regimes+in+Imbibition+and+Drainage+Using+a+Microfluidic+Platform%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">An Experimental Investigation of Flow Regimes in Imbibition and Drainage Using a Microfluidic Platform.</a> Energies. 12 (7), 1-13 (2019).</li>
<li>Burshtein, N., Chan, S. T., Toda-peters, K., Shen, A. Q., Haward, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-printed+glass+microfluidics+for+fluid+dynamics+and+rheology%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Colloid+%26+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">3D-printed glass microfluidics for fluid dynamics and rheology.</a> Current Opinion in Colloid & Interface Science. 43, 1-14 (2019).</li>
<li>Wang, Y., Aryana, S. A. Creation of Saturation Maps from Two-Phase Flow Experiments in Microfluidic Devices. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWang%2C+Y+%22Advances+in+Petroleum+Engineering+and+Petroleum+Geochemistry.+Advances+in+Science%2C+Technology+%26+Innovation%22">Advances in Petroleum Engineering and Petroleum Geochemistry. Advances in Science, Technology & Innovation</a>. Banerjee, S., Barati, R., Patil, S. , Springer. 77-80 (2019).</li>
<li>Hermans, M., Gottmann, J., Riedel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective%2C+Laser-Induced+Etching+of+Fused+Silica+at+High+Scan-Speeds+Using+KOH%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Laser+Micro%2FNanoengineering%22%5BJournal%5D)">Selective, Laser-Induced Etching of Fused Silica at High Scan-Speeds Using KOH.</a> Journal of Laser Micro/Nanoengineering. 9, 126-131 (2014).</li>
<li>Iliescu, C., Jing, J., Tay, F. E. H., Miao, J., Sun, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+masking+layers+for+deep+wet+etching+of+glass+in+an+improved+HF%2FHCl+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+%26+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution.</a> Surface & Coatings Technology. 198, 314-318 (2005).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów i ujawnianie informacji.

W niniejszej pracy przedstawiono protokół związany z platformą produkcyjną do tworzenia solidnych, wysokociśnieniowych szklanych urządzeń mikroprzepływowych. Protokół przedstawiony w tej pracy zmniejsza potrzebę pomieszczenia czystego, wykonując kilka końcowych etapów produkcji wewnątrz komory rękawicowej. Zaleca się korzystanie z pomieszczenia czystego, jeśli jest dostępne, w celu zminimalizowania możliwości zanieczyszczenia. Dodatkowo wybór wytrawiacza powinien opierać się na pożądanej chropowatości powierzchni. Zastos...

Szczelinowanie hydrauliczne jest używane od dłuższego czasu jako sposób stymulowania przepływu, szczególnie w ciasnych formacjach1. Na duże ilości wody potrzebne do szczelinowania hydraulicznego nakładają się czynniki środowiskowe, problemy z dostępnością wody2, formation damage3, cost4 i sejsmiczne efekty5. W związku z tym rośnie zainteresowanie alternatywnymi metodami szczelinowania, takimi jak szczelinowanie bezwodne i stosowanie pianek. Alternatywne metody mogą przynieść ważne korzyści, takie jak zmniejszenie zużycia wody6, kompatybilność z formacjami wrażliwymi na wodę7, minimalne lub zerowe zatykanie formacji8, wysoka lepkość pozorna płynów szczelinujących9, recykling10, łatwość czyszczenia i przenoszenia propportu6. Piana CO2 jest potencjalnym bezwodnym płynem szczelinującym, który przyczynia się do bardziej wydajnej produkcji płynów ropopochodnych i poprawy zdolności magazynowania CO2 pod powierzchnią przy potencjalnie mniejszym śladzie środowiskowym w porównaniu z konwencjonalnymi technikami szczelinowania6,7,11.
W optymalnych warunkach, nadkrytyczna piana CO2 (scCO2 foam) przy ciśnieniu przekraczającym minimalne ciśnienie mieszalności (MMP) danego zbiornika zapewnia wielokontaktowy system mieszalny, który jest w stanie skierować przepływ do mniej przepuszczalnych części formacji, poprawiając w ten sposób wydajność zamiatania i odzysk zasobów12,13. scCO2 dostarcza dyfuzyjność gazu i gęstość ciekłą14 i dobrze nadaje się do zastosowań podpowierzchniowych, takich jak odzysk ropy naftowej oraz wychwytywanie, utylizacja i składowanie dwutlenku węgla (CCUS)13. Obecność składników piany w podłożu pomaga zmniejszyć ryzyko wycieku podczas długotrwałego przechowywania CO215. Co więcej, efekty sprzężonej ściśliwości i szoku termicznego systemów piankowych scCO2 mogą służyć jako skuteczne systemy szczelinowania11. Właściwości systemów piankowych CO2 do zastosowań podpowierzchniowych zostały szeroko zbadane w różnych skalach, takich jak charakterystyka jego stabilności i lepkości w systemach piaskowych oraz jego skuteczność w procesach przemieszczania3,6,12,15,16,17. Dynamika piany na poziomie pękania i jej interakcje z ośrodkami porowatymi to mniej zbadane aspekty, które są bezpośrednio związane ze stosowaniem piany w formacjach ciasnych i spękanych.
Platformy mikroprzepływowe umożliwiają bezpośrednią wizualizację i kwantyfikację odpowiednich procesów w mikroskali. Platformy te zapewniają kontrolę hydrodynamiki i reakcji chemicznych w czasie rzeczywistym w celu badania zjawisk w skali porów wraz z rozważaniami dotyczącymi odzyskiwania1. Wytwarzanie, propagacja, transport i dynamika piany mogą być wizualizowane w urządzeniach mikroprzepływowych emulujących pęknięte systemy i szlaki przewodzące pęknięcie-mikropęknięcie-matryca istotne dla odzyskiwania ropy naftowej z ciasnych formacji. Wymiana płynu między pęknięciem a matrycą jest wyrażona bezpośrednio zgodnie z geometry18, co podkreśla znaczenie uproszczonych i realistycznych reprezentacji. Na przestrzeni lat opracowano szereg odpowiednich platform mikroprzepływowych w celu badania różnych procesów. Na przykład Tigglaar i jego współpracownicy omawiają wytwarzanie i testowanie wysokociśnieniowe szklanych urządzeń mikroreaktorów poprzez połączenie włókien w płaszczyźnie w celu przetestowania przepływu przez szklane kapilary podłączone do mikroreaktorów19. Prezentują swoje wyniki związane z inspekcją wiązań, testami ciśnieniowymi i monitorowaniem reakcji in-situ za pomocą spektroskopii 1H NMR. W związku z tym ich platforma może nie być optymalna dla stosunkowo dużych szybkości wtrysku, wstępnego generowania wielofazowych systemów płynów do wizualizacji in situ złożonych płynów w przepuszczalnych mediach. Marre i jego współpracownicy omawiają zastosowanie szklanego mikroreaktora do badania chemii wysokociśnieniowej i procesów związanych z płynami w stanie nadkrytycznym20. Obejmują one wyniki w postaci symulacji rozkładu naprężeń metodą elementów skończonych w celu zbadania mechanicznego zachowania urządzeń modułowych pod obciążeniem. Wykorzystują nietrwałe połączenia modułowe do produkcji wymiennych mikroreaktorów, a urządzenia mikroprzepływowe krzem/Pyrex nie są przezroczyste; Urządzenia te nadają się do badań kinematycznych, syntezy i produkcji w inżynierii reakcji chemicznych, gdzie wizualizacja nie jest głównym problemem. Brak przezroczystości sprawia, że platforma ta nie nadaje się do bezpośredniej wizualizacji in situ złożonych płynów w podłożach zastępczych. Paydar i jego współpracownicy prezentują nowatorski sposób prototypowania modułowej mikrofluidyki przy użyciu druku 3D21. Takie podejście nie wydaje się dobrze nadawać do zastosowań wysokociśnieniowych, ponieważ wykorzystuje polimer fotoutwardzalny, a urządzenia są w stanie wytrzymać tylko do 0,4 MPa. Większość mikroprzepływowych badań eksperymentalnych związanych z transportem w układach szczelinowanych, opisywanych w literaturze, koncentruje się na temperaturze otoczenia i stosunkowo niskich temperaturach1. Przeprowadzono kilka badań koncentrujących się na bezpośredniej obserwacji układów mikroprzepływowych, które naśladują warunki podpowierzchniowe. Na przykład Jimenez-Martinez i współpracownicy przedstawiają dwa badania dotyczące krytycznych mechanizmów przepływu i transportu w skali porów w złożonej sieci pęknięć oraz matrix22,23. Autorzy badają układy trójfazowe wykorzystujące mikrofluidykę w warunkach zbiornikowych (8,3 MPa i 45 °C) w celu zwiększenia wydajności produkcji; oceniają zużycie scCO2 do restymulacji, w której pozostałość solanki z wcześniejszego szczelinowania nie miesza się z CO2 i pozostałym węglowodorem23. Mokre od oleju krzemowe urządzenia mikroprzepływowe mają znaczenie dla mieszania oleju-solanki-scCO2 w zastosowaniach Enhanced Oil Recovery (EOR); Jednak praca ta nie odnosi się bezpośrednio do dynamiki skali porów w pęknięciach. Innym przykładem jest praca Rognmo i wsp., którzy badają podejście do zwiększania skali dla wysokociśnieniowego wytwarzania piany CO2 in situ24. Większość doniesień w literaturze, które wykorzystują mikrofabrykację, dotyczy CO2-EOR i często nie zawierają ważnych szczegółów dotyczących produkcji. Zgodnie z najlepszą wiedzą autorów, w literaturze brakuje obecnie systematycznego protokołu wytwarzania urządzeń zdolnych do pracy pod wysokim ciśnieniem w przypadku pękniętych formacji.
Ta praca przedstawia platformę mikroprzepływową, która umożliwia badanie struktur piany scCO2, kształtów pęcherzyków, rozmiarów i dystrybucji, stabilności lameli w obecności ropy naftowej dla EOR oraz szczelinowania hydraulicznego i remediacji warstwy wodonośnej. Omówiono projektowanie i wytwarzanie urządzeń mikroprzepływowych z wykorzystaniem litografii optycznej i selektywnego trawienia indukowanego laserem29 (SLE). Ponadto w pracy opisano wzorce pękania, które mają na celu symulację transportu płynów w popękanych ciasnych formacjach. Symulowane ścieżki mogą obejmować zarówno uproszczone wzory, jak i złożone mikropęknięcia oparte na danych tomograficznych lub innych metodach, które dostarczają informacji na temat realistycznej geometrii pęknięć. Protokół opisuje instrukcje krok po kroku dotyczące wytwarzania szklanych urządzeń mikroprzepływowych z wykorzystaniem fotolitografii, trawienia na mokro i klejenia termicznego. Opracowane przez nas skolimowane źródło światła ultrafioletowego (UV) służy do przenoszenia pożądanych wzorów geometrycznych na cienką warstwę fotorezystu, która jest ostatecznie przenoszona na szklane podłoże za pomocą procesu trawienia na mokro. W ramach zapewnienia jakości wytrawione wzory są charakteryzowane za pomocą mikroskopii konfokalnej. Alternatywą dla fotolitografii/trawienia na mokro jest technika SLE do stworzenia urządzenia mikroprzepływowego oraz analiza porównawcza platform. Zestaw do eksperymentów przepływowych składa się z butli i pomp gazowych, regulatorów i przetworników ciśnienia, mieszalników i akumulatorów płynów, urządzeń mikroprzepływowych, wysokociśnieniowych uchwytów ze stali nierdzewnej wraz z kamerą o wysokiej rozdzielczości i systemem oświetlenia. Na koniec przedstawiono reprezentatywne próbki obserwacji z eksperymentów przepływowych.

<table><tbody><tr><td>i nakrętki</td><td></td><td></td> 1/4" <td>Do produkcji metalowych płyt do umieszczenia między nimi wióra szklanego w celu klejenia termicznego</td></tr><tr><td>3,45 x 3,45 mm UV LED</td><td>Kingbright</td><td></td><td>Do emitowania światła LED</td></tr><tr><td>Pomiar 3D Mikroskop laserowy</td><td>OLYMPUS</td><td>LEXT OLS4000</td><td>Do pomiaru głębokości kanału</td></tr><tr><td>40 mm x 40 mm x 10 mm Wentylator chłodzący 12 V DC</td><td>Uxcell</td><td></td><td>Do chłodzenia lamp UV LED</td></tr><tr><td>120 mm x 38 mm 24V DC Wentylator chłodzący</td><td>Uxcell</td><td></td><td>Do chłodzenia lamp UV LED</td></tr><tr><td>5 ml (6 ml) Strzykawka NORM-JECT</td><td>HENKE SASS WOLF</td><td>Lot #16M14CB</td><td>Aby wypłukać chip przed każdym eksperymentem</td></tr><tr><td>Aceton (certyfikowany ACS)</td><td>Fisher Chemical</td><td>Lot #177121</td><td>Do czyszczenia</td></tr><tr><td>Pęseta odporna na kwasy/korozję</td><td>TED PELLA</td><td></td><td>Do obchodzenia się z kawałkiem szkła w roztworach korozyjnych</td></tr><tr><td>Pęseta odporna na kwasy/rozpuszczalniki</td><td>TED PELLA, INC</td><td>#53009 i #53010</td><td>Do obchodzenia się ze szkłem w roztworach korozyjnych</td></tr><tr><td>Stop X</td><td>AMERICAN SPECIAL METALS</td><td>Liczba cieplna: ZZ7571XG11</td><td>Klejenie termiczne</td></tr><tr><td>Wodorotlenek amonu (odczynnik ACS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Lot #SHBG9007V</td><td>Aby wyczyścić chip na końcu procesu</td></tr><tr><td>AutoCAD</td><td>Autodesk, San Rafael, CA</td><td></td><td>Do projektowania wzorów 2D i chipów 3D</td></tr><tr><td>BD Etchant dla systemów PSG-SiO2</td><td>TRANSENE</td><td>Lot #028934</td><td>Ulepszona buforowana formuła wytrawiania do wyznaczania szkła fosfokrzemionkowego &ndash; SiO2 (PSG) oraz szkło borokrzemionkowe &ndash; Systemy SiO2 (BSG)</td></tr><tr><td>Puste podłoże Borofloat</td><td>TELIC</td><td>CG-HF</td><td>Górne podłoże do trawienia UV</td></tr><tr><td>Podłoże Borofloat z metalizacjami</td><td>TELIC</td><td>PG-HF-LRC-Az1500</td><td>Dolne podłoże do trawienia UV</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do edycji zdjęć Capture One</td><td>Faza pierwsza</td><td></td><td>do przechwytywania/edycji/konwersji zdjęć zrobionych przez Phase One</td></tr><tr><td>Camera Capture station</td><td>DT Naukowy</td><td>DT Versa</td><td>Do umieszczenia chipa w polu widzenia kamery</td></tr><tr><td>Gazowy dwutlenek węgla (klasa E)</td><td>PRAXAIR</td><td>UN 1013, numer CAS 124-38-9</td><td>niewodnej porcji pianki</td></tr><tr><td>Wytrawiacz chromowy 1020</td><td>TRANSENE</td><td>Lot #025433</td><td>Systemy azotanu amonu cerowego o wysokiej czystości do precyzyjnego, czystego wytrawiania chromu i warstw tlenku chromu.</td></tr><tr><td>Kąpiele cyrkulacyjne z cyfrowym regulatorem temperatury</td><td>PolyScience</td><td></td><td>Do kontrolowania temperatury solanki i CO2</td></tr><tr><td>Komputer Karta</td><td></td><td>graficzna NVIDIA Tesla K20 - Rdzeń 706 MHz - 5 GB GDDR5 SDRAM - PCI Express 2.0 x16</td><td>Do przetwarzania i wizualizacji obrazów uzyskanych za pomocą kamery fazy pierwszej</td></tr><tr><td>Wykonany na zamówienie wysokociśnieniowy uchwyt</td><td></td><td></td> <td>na wióry szklaneAby mocno przytrzymać chip i jego połączenia do testów wysokociśnieniowych</td></tr><tr><td>Cutrain (Custom)</td><td></td><td></td><td>Aby chronić przed promieniowaniem UV/IR</td></tr><tr><td>Woda dejonizowana (DI)</td><td></td><td></td><td>Do czyszczenia</td></tr><tr><td>Aparat cyfrowy z monochromatyczną matrycą 60 MP</td><td>Faza pierwsza</td><td>IQ260</td><td>System wizualizacji</td></tr><tr><td>Etanol, Bezwodny, USP Specyfikacje</td><td>DECON LABORATORIES, INC.</td><td>Lot #A12291505J, CAS # 64-17-5</td><td>Do czyszczenia</td></tr><tr><td>Maska oddechowa wielokrotnego użytku</td><td>3M</td><td>6502QL, gazy, opary, pył, medium</td><td>Do ochrony przed wdychaniem roztworów lotnych</td></tr><tr><td>Wafel z topionej krzemionki (klasa UV)</td><td>SIEGERT WAFER</td><td>Klasa UV</td><td>Prekursor szkła do druku SLE</td></tr><tr><td>GIMP</td> Oprogramowanie <td></td> do <td>przetwarzania obrazów o otwartym kodzie źródłowym</td><td>Aby scharakteryzować teksturę i właściwości obrazu</td></tr><tr><td>Schowek podręczny (winylowa komora anaerobowa)</td><td>Nieśmiały</td><td></td><td>Aby zapewnić czyste, wolne od kurzu środowisko</td></tr><tr><td>Podgrzewana kąpiel do czyszczenia ultradźwiękowego</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>Aby przyspieszyć proces trawienia</td></tr><tr><td>Heksmetylodydisilazan (HMDS) Cleanroom&reg; MB</td><td>KMG</td><td>62115</td><td>Grunt do powłok fotorezystancyjnych</td></tr><tr><td>Wąż (rurki PEEK)</td><td>IDEX HEALTH & NAUKA</td><td>Naturalny 1/16" OD x .010" ID x 5ft, Część # 1531</td><td>Połączenia przepływowe</td></tr><tr><td>Kwas solny, certyfikowany ACS plus</td><td>Fisher Chemical</td><td>Lot # 187244</td><td>Rozpuszczalnik w protokole czyszczenia półprzewodników RCA</td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru</td><td>Fisher Chemical</td><td>H325-500</td><td>Rozpuszczalnik w protokole czyszczenia półprzewodników RCA</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>NIH</td><td></td><td>Aby scharakteryzować teksturę i właściwości obrazu</td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa ISCO</td><td>TELEDYNE ISCO</td><td>D-SERIES (100DM, 500D)</td><td>Do pompowania płynów</td></tr><tr><td>Kaiser LED light box</td><td>Kaiser Do</td><td></td><td>oświetlenia chipa</td></tr><tr><td>Laserowa maszyna drukarska</td><td>LightFab GmbH, Niemcy.</td><td>FILL</td><td>Glass-SLE produkcja chipów</td></tr><tr><td>Laserowe okulary ochronne</td><td>FreeMascot</td><td>B07PPZHNX4</td><td>Do ochrony przed promieniowaniem UV/IR</td></tr><tr><td>LED Engin 5W UV Lens</td><td>LEDiL</td><td></td><td>Do emitowania światła LED</td></tr><tr><td>Drukarka 3D Light Fab (laser femtosekundowy)</td><td>Light Fab</td><td></td><td>Do selektywnego wytrawiania laserowego stopionej krzemionki</td></tr><tr><td>Drukarka 3D LightFab LightFab</td><td>GmbH, Niemcy</td><td></td><td>Aby wydrukować SLE stopione wióry krzemionkowe</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks, Inc., Natick, MA</td><td></td><td>Przetwarzanie obrazu</td></tr><tr><td>Płyty metalowe Mikrościerne</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>piaskarki (Problast 2)</td><td>VANIMAN</td><td>Problast 2 &ndash; 80007</td><td>Do wycinania otworów w pokrywach</td></tr><tr><td>Deweloper MICROPOSIT 351</td><td>Dow</td><td>10016652</td><td>Rozwiązanie dla programistów Photoresist</td></tr><tr><td>Muffle piec</td><td>Thermo Scientific</td><td>Thermolyne Typ 1500</td><td>Klejenie termiczne</td></tr><tr><td>N2 czysta klasa badawcza</td><td>Airgas</td><td>Research Plus - NI RP300</td><td>Do suszenia wiórów na każdym etapie</td></tr><tr><td>Klasa półprzewodnikowa NMP - 0,1&mu; m Filtered</td><td>Ultra Pure Solutions, Inc</td><td>Lot #02191502T</td><td>Rozpuszczalnik organiczny</td></tr><tr><td></td><td>Piekarnik Grawitacyjny Piec konwekcyjny</td><td>18EG</td><td></td></tr><tr><td>Faza pierwsza IQ260 z czujnikiem achromatycznym</td><td>Faza pierwsza</td><td>IQ260</td><td>Do wizualizacji transportu w urządzeniach mikroprzepływowych przy użyciu ustawienia ISO 200 i przysłony f/8.</td></tr><tr><td>Fotomaska</td><td>Obrazowanie cienkiej linii</td><td>20,320 DPI FILM</td><td>Wzór kanałów</td></tr><tr><td>Photoresist (SU-8)</td><td>MICRO CHEM</td><td>pozycja produktu: Y0201004000L1PE, Numer partii: 18110975</td><td>Mikroskop</td></tr><tr><td>światła spolaryzowanego</td><td>Photoresist OLYMPUS</td><td>BX51</td><td>Oględziny mikrokanałów Porty</td></tr><tr><td>(NanoPort Assembly)</td><td>IDEX ZDROWIE & SCIENCE</td><td>NanoPort Assembly Headless, 10-32 Coned, for 1/16" OD, Part # N-333</td><td>Połączenia z chipem</td></tr><tr><td>Python</td><td>Python Software Foundation</td><td></td><td>Przetwarzanie obrazu</td></tr> Bezpieczna <tr><td>osłona twarzy</td><td>Sellstrom</td><td>S32251</td><td>Do ochrony przed promieniowaniem UV/IR</td></tr><tr><td>Folia uszczelniająca (Parafilm)</td><td>Bemis Company, Inc</td><td></td><td>Izolacja pojemników</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do sterowania migawkami</td><td>Schneider-Kreuznach</td><td></td><td>Do regulacji ustawień migawki</td></tr><tr><td>Gładkie płytki</td><td></td><td></td> ceramiczne <td>Klejenie termiczne Mieszanie</td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>Corning&reg;</td><td>PC-620D</td><td>Do podgrzewania roztworów</td></tr><tr><td>Kwas siarkowy, odczynnik ACS 95,0-98,0%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Lot # SHBK0108</td><td>Rozpuszczalnik w protokole czyszczenia półprzewodników RCA Pompa</td></tr><tr><td>strzykawkowa (standardowa infuse/withdrawal PHD ULTRA)</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-3006</td><td>Aby nasycić chip przed każdym eksperymentem</td></tr><tr><td>Klucz dynamometryczny</td><td>zatrzaskowy</td><td>TE25A-34190</td><td>Do dokręcania</td></tr><tr><td>Moc UV miernik</td><td>Optical Associates, Incorporated</td><td>Model 308</td><td>Do pomiaru intensywności światła UV</td></tr><tr><td>Miernik mocy UV</td><td>Optical Associates, Incorporated</td><td>Model 308</td><td>Aby określić ilościowo siłę światła UV</td></tr><tr><td>Stojak na promieniowanie UV (światła LED)</td><td></td><td></td><td>Aby przenieść wzór na szkło (warstwa fotorezystu)</td></tr><tr><td>Pompa próżniowa</td><td>WELCH VACCUM TECHNOLOGY, INC</td><td>1380</td><td>Aby wysuszyć chip</td></tr><tr><td>Zmienne zasilacze prądu stałego</td><td>Eventek</td><td>KPS305D</td><td>Do zasilania lamp UV LED</td></tr></tbody></table>

techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany co2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Ograniczenia ciśnienia wielu platform mikroprzepływowych były znaczącym wyzwaniem w eksperymentalnych badaniach mikroprzepływowych pękniętych mediów. W związku z tym platformy te nie zostały w pełni wykorzystane do bezpośredniej obserwacji transportu wysokociśnieniowego w szczelinach. W pracy przedstawiono platformy mikroprzepływowe, które umożliwiają bezpośrednią obserwację przepływu wielofazowego w urządzeniach z zastępczymi ośrodkami przepuszczalnymi i układami szczelinowanymi. Takie platformy zapewniają ścieżkę do odpowiedzi na ważne i aktualne pytania, takie jak te związane z wychwytywaniem, utylizacją i składowaniem CO2 . Niniejsza praca zawiera szczegółowy opis technik wytwarzania i układu doświadczalnego, który może służyć do analizy zachowania pianki CO2 w stanie nadkrytycznym (scCO2), jej struktury i stabilności. Badania te dostarczają ważnych informacji na temat usprawnionych procesów wydobycia ropy naftowej oraz roli szczelin hydraulicznych w odzyskiwaniu zasobów ze złóż niekonwencjonalnych. W niniejszej pracy przedstawiono badanie porównawcze urządzeń mikroprzepływowych opracowanych przy użyciu dwóch różnych technik: fotolitografii/trawienia na mokro/wiązania termicznego oraz selektywnego trawienia indukowanego laserowo. W wyniku obu technik powstają urządzenia, które są odporne chemicznie i fizycznie oraz tolerancyjne na wysokie ciśnienie i temperaturę, które odpowiadają interesującym nas systemom podpowierzchniowym. Obie techniki zapewniają ścieżki do bardzo precyzyjnych mikrokanałów i wydajnych urządzeń typu lab-on-chip. Fotolitografia/trawienie na mokro umożliwia jednak wytwarzanie złożonych sieci kanałów o złożonej geometrii, co byłoby trudnym zadaniem dla technik trawienia laserowego. Praca ta podsumowuje krok po kroku protokół fotolitografii, trawienia na mokro i termicznego łączenia szkła oraz przedstawia reprezentatywne obserwacje transportu piany mające znaczenie dla wydobycia ropy naftowej z niekonwencjonalnych formacji szczelnych i łupkowych. Wreszcie, w pracy opisano zastosowanie monochromatycznego czujnika o wysokiej rozdzielczości do obserwacji zachowania piany scCO2, w której całość przepuszczalnego medium jest obserwowana jednocześnie, przy zachowaniu rozdzielczości potrzebnej do rozdzielczości cech tak małych jak 10 μm.

W tej sekcji przedstawiono przykłady obserwacji fizycznych przepływu piany na bazie scCO2 przez główną szczelinę połączoną z układem mikropęknięć. Mikropłynowy układ szklany, wykonany metodą fotolitografii lub SLE, umieszcza się w uchwycie, w polu widzenia kamery wyposażonej w 60-megapikselowy, monochromatyczny, pełnoklatkowy czujnik. Rycina 11 przedstawia proces wytwarzania mikropłynowych urządzeń i ich umieszczenia w układzie doświadczalnym. Rycina 12</stron...

Ten artykuł opisuje protokół wraz z analizą porównawczą dwóch technik wytwarzania mikroprzepływowego, a mianowicie fotolitografii/trawienia na mokro/termicznego łączenia oraz selektywnego trawienia indukowanego laserem (SLE), które są odpowiednie dla warunków wysokiego ciśnienia. Techniki te stanowią platformy umożliwiające bezpośrednią obserwację przepływu płynów w zastępczych ośrodkach przepuszczalnych i systemach szczelinowych w warunkach złożowych.

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Protokół ten jest multidyscyplinarnym wspólnym wysiłkiem University of Kansas i University of Wyoming. Pojawiła się potrzeba przetestowania naszych opatentowanych nanocząstek kompleksu polielektrolitów przy użyciu mikrofluidyki wysokociśnieniowej. Zapoczątkowało to współpracę między naszą grupą badawczą a grupą badawczą dr Aryany, aby skorzystać z jego najnowocześniejszych obiektów.Chcielibyśmy podziękować NSF za sfinansowanie części tego projektu i podziękować programowi szkolnictwa wyższego lub programowi odbudowy za udostępnienie swoich obiektów i wsparcia potrzebnego dla tego projektu. Ponadto prace te były częściowo wspierane przez CMCUF i Energy Frontier Research Center finansowane przez DOE. Protokół ten i jego zastosowanie do zastępowania złożonych przepuszczalnych ośrodków i ich warunków wysokiego ciśnienia jest wynikiem współpracy dwóch grup badawczych, jednej z University of Wyoming, a drugiej z University of Kansas.Protokół ten szczegółowo opisuje procedurę produkcji solidnej platformy mikroprzepływowej w przypadku braku pomieszczeń czystych. Platforma ta umożliwia bezpośrednią wizualizację przepływu w złożonych geometriach w warunkach wysokiego ciśnienia. Opisana technika może być wykorzystana do starzenia złożonych sieci kanałów w podłożach szklanych, które naśladują struktury z ośrodków podpowierzchniowych i wytrzymują warunki wysokiego ciśnienia występujące podczas utylizacji i magazynowania CO2.Metoda ta może być stosowana w celu uzyskania wglądu w skrzyżowania i transport złożonych płynów w nieprzepuszczalnych ośrodkach w kontekście CCUS. Podczas wykonywania tego protokołu wymagana jest cierpliwość i szczególna ostrożność, aby zminimalizować ryzyko obrażeń fizycznych i niepowodzeń w procesie produkcji. Wizualna demonstracja tej metody umożliwia skuteczne komunikowanie kroków, które są kluczowe dla jej pomyślnego wykonania.Zacznij od wlania odpowiedniej ilości roztworu do trawienia chromu do zlewki i podgrzania jej do około 40 stopni Celsjusza. Następnie umieść maskę bezpośrednio na boku podłoża borokrzemianowego, które jest pokryte chromem i fotorezystem. Przenieś wzór geometryczny na warstwę fotorezystu, wystawiając stos podłoża i maskę na działanie światła UV.Usuń maskę fotograficzną i stos podłoża ze sceny UV, a następnie usuń maskę fotograficzną i zanurz podłoże i roztwór wywoływacza na około 40 sekund. Kaskadowo spłukiwać podłoże poprzez spływającą wodę dejonizowaną na wierzch podłoża i na wszystkich jego powierzchniach co najmniej trzy razy. Po pozostawieniu podłoża do wyschnięcia, zanurz je w podgrzanym wabiciele chromowym na około 40 sekund, przenosząc w ten sposób wzór z fotorezystu na warstwę chromu.Usuń podłoże z roztworu, spłucz je kaskadowo wodą dejonizowaną i pozostaw do wyschnięcia. Za pomocą pędzla nałóż kilka warstw HMDS na odsłoniętą powierzchnię podłoża i pozostaw do wyschnięcia. Nałóż jedną warstwę fotorezystu na wierzch podkładu, a następnie umieść podłoże w piekarniku w temperaturze od 60 do 90 stopni Celsjusza na 30 do 40 minut.Następnie pozostaw podłoże wzoru w roztworze wytrawiacza na określony czas, w zależności od pożądanej głębokości kanału. Usuń podłoże z wytrawiacza za pomocą pęsety odpornej na rozpuszczalniki i spłucz kaskadowo wodą dejonizowaną. Wystawić podłoże na działanie roztworu NMP podgrzanego do 65 stopni Celsjusza przez około 30 minut, aby usunąć fotorezyst.Kaskadowo spłucz go acetonem, a następnie etanolem i wodą dejonizowaną. Umieść czyste podłoże w wytrawiaczu chromowym i podgrzewaj do około 40 stopni Celsjusza przez około minutę. Następnie scharakteryzuj głębokość kanału za pomocą skaningu laserowego, mikroskopii konfokalnej.Zaznacz położenie otworów wlotowych i wylotowych na czystym podłożu borokrzemianowym, dopasowując pokrywę do wytrawionego podłoża. Użyj piaskarki z mikrościerniwem i mikrościerniska z tlenku glinu o długości 50 mikrometrów, aby przedmuchać otwory w zaznaczonych miejscach. Kaskadowo spłukać zarówno wytrawione podłoże, jak i płytę pokrywy wodą dejonizowaną.Następnie doprowadzić do wrzenia od jednego do czterech roztworów piranii z nadtlenkiem wodoru i zanurzyć podłoże i płytkę pokrywową w roztworze na 10 minut. Po wypłukaniu podłoża i płyty przykrywającej zanurz je w wytrawiaczu buforowym na 30 do 40 sekund i ponownie wypłucz. Następnie zanurz podłoże i płytkę przykrywającą na 10 minut w roztworze wody, nadtlenku wodoru, kwasu solnego, który jest podgrzewany do około 75 stopni Celsjusza.Dociśnij mocno podłoże i płytkę przykrywającą do siebie, gdy są zanurzone, a następnie wyjmij je z roztworu, spłucz kaskadowo i zanurz w wodzie dejonizowanej. Upewnij się, że podłoże i płyta przykrywająca są mocno ze sobą połączone, dociśnij je do siebie i ostrożnie wyjmij je z wody. Ostrożnie wyrównaj podłoże i płytkę pokrywy, gdy są zanurzone w wodzie DI i powtarzaj procedurę, aż nie zaobserwuje się pęcherzyków powietrza między nimi.Umieść podłoża w stosie między dwiema gładkimi płytkami szklano-ceramicznymi o grubości 1,5 2 centymetra w celu sklejenia. Umieść płytki szklano-ceramiczne między dwiema metalowymi płytkami wykonanymi ze stopu x. Upewnij się, że szklane płytki i ceramiczny metalowy uchwyt są wyśrodkowane.Ręcznie dokręć nakrętki i umieść uchwyt w komorze próżniowej na 60 minut w temperaturze około 100 stopni Celsjusza. Następnie wyjmij uchwyt z komory i ostrożnie dokręć nakrętki. Umieść uchwyt w piecu i wykonaj program ogrzewania zgodnie ze wskazówkami z manuskryptu.Wyjmij termicznie połączone urządzenie mikroprzepływowe z pieca i spłucz je wodą. Następnie zanurz go w sonikacji w kwasie solnym przez godzinę. Napełnij zbiorniki pomp dwutlenku węgla i wody wystarczającą ilością płynów do eksperymentu i użyj strzykawki do napełnienia akumulatora solanki i przewodów przepływowych roztworem środka powierzchniowo czynnego.Umieść nasycone urządzenie mikroprzepływowe w uchwycie odpornym na ciśnienie i podłącz porty wlotowe i wylotowe do odpowiednich przewodów za pomocą rurki o średnicy wewnętrznej 0.01 cala. Zwiększ temperaturę kąpieli obiegowej, która kontroluje temperaturę przewodów solanki i dwutlenku węgla do żądanej temperatury. Zwiększaj ciśnienie zwrotne i ciśnienie pompy solanki jednocześnie w stopniowych krokach, utrzymując ciągły przepływ z wylotu regulatora ciśnienia zwrotnego.Zwiększ ciśnienie do 7,38 mega paskala i zatrzymaj pompy. Zwiększ ciśnienie w przewodzie dwutlenku węgla do ciśnienia powyżej 7,38 megapaskala, a następnie otwórz zawór dwutlenku węgla i pozwól, aby nadkrytyczny dwutlenek węgla zmieszany z roztworem środka powierzchniowo czynnego pod wysokim ciśnieniem przepłynął przez mieszalnik liniowy i wytworzył pianę. Poczekaj, aż przepływ wewnątrz urządzenia zostanie w pełni rozwinięty, a kanały zostaną nasycone, monitorując wylot pod kątem początku wytwarzania piany.Włącz kamerę, aby uchwycić szczegółowe obrazy przepływu wewnątrz kanałów. Przedstawiono transport i stabilność piany dwutlenku węgla w urządzeniu mikroprzepływowym do litografii UV, podczas pierwszych 20 minut wytwarzania i izolacji. Wielofazowość przemieszczała się w poprzek mikropęknięć, a przez mikropęknięcia powstawała piana.Piana została wytworzona w selektywnym urządzeniu mikroprzepływowym do wytrawiania indukowanego laserem, począwszy od warunków otoczenia bez przepływu, do w pełni rozwiniętej, nadkrytycznej pianki z dwutlenku węgla przy wysokich i niskich prędkościach przepływu. Rozkład i stabilność piany zobrazowano w warunkach zbiornika w ciągu pierwszych 20 minut od wytworzenia i izolacji. Rozkład średnic pęcherzyków określono za pomocą obrazu J. Kwantyfikację mikrostruktury piany przeprowadzono przy użyciu obrazów surowych, obrazów przetworzonych po obróbce i ich binaryzowanych odpowiedników.Próbując tego praktycznego, ważne jest, aby dokładnie sprawdzić wzór na warstwie chromu w żółtym świetle, aby upewnić się, że pożądany wzór został prawidłowo przeniesiony. Warianty tych metod obejmują wtryskiwanie pod wysokim ciśnieniem oleju, roztworów polimerów i solanek o niskim zasoleniu w celu zrozumienia fizyki przepływu złożonych płynów poprzez bezpośrednią wizualizację.

microfluidic-fabrication-techniques-for-high-pressure-testing

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Urządzenia mikrofluidyczne mogą być wykorzystywane do wizualizacji złożonych procesów naturalnych w czasie rzeczywistym i w odpowiednich skalach fizycznych. Opracowaliśmy proste urządzenie mikrofluidyczne, które naśladuje kluczowe cechy naturalnych ośrodków porowatych, służące do badania wzrostu i transportu bakterii w podłożu gruntowym.

Okno na mikroświat: Proste systemy mikrofluidyczne do badania transportu drobnoustrojów w ośrodkach porowatych

Źródło: Kurz, D. L. i in. Platforma mikrofluidyczna do badania biozatkania w porowatych ośrodkach. J. Vis. Exp. (2022)Film demonstruje użycie urządzenia mikrofluidycznego do badania powstawania biofilmu. Do mikrokanału wprowadzana jest zawiesina bakteryjna, po której następuje inkubacja, umożliwiająca rozwój biofilmu. Następnie wznawia się przepływ, a monitorowanie ciśnienia wraz z obrazowaniem wykorzystuje się do wykrywania powstawania biofilmu i zatkania porów w czasie.

Urządzenie mikrofluidyczne do obrazowania w czasie rzeczywistym i śledzenia ciśnienia podczas tworzenia biofilmu

W tym filmie najpierw opisujemy procedury produkcji i obsługi akustycznego urządzenia przeciwprądowego powierzchniowej fali akustycznej (SAW). Następnie demonstrujemy eksperymentalną konfigurację, która pozwala zarówno na jakościową wizualizację przepływu, jak i analizę ilościową złożonych przepływów w urządzeniu pompującym SAW.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

W tym artykule opisujemy różne techniki dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływów. Proponowane techniki opierają się na epoksydach wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe (UV) i utwardzanych temperaturowo, rurkach na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS), łączeniu drutem i anizotropowych foliach adhezyjnych. Przedstawione procedury montażu zostały opracowane zarówno dla urządzeń jednorazowego użytku, jak i systemów mikroprzepływowych wielokrotnego użytku.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

Pokazujemy test oparty na mikrofluidyce do pomiaru skali czasowej dla komórek do przejścia przez sekwencję zwężeń w skali mikronów.

Technika mikroprzepływowa do badania odkształcalności komórek

Tutaj opisujemy wytwarzanie i działanie dwuwarstwowego systemu mikroprzepływowego wykonanego z polidimetylosiloksanu (PDMS). Pokazujemy potencjał tego urządzenia w zakresie wychwytywania, kierowania szlakiem koordynacyjnym krystalicznego materiału molekularnego i kontrolowania reakcji chemicznych na uwięzionych strukturach na chipie.

Mikroprzepływowe klatki pneumatyczne: nowatorskie podejście do wychwytywania kryształów w chipach, manipulacji i kontrolowanej obróbki chemicznej

Wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe często wiążą się z wytwarzaniem form wzorcowych o skomplikowanej geometrii dla funkcjonalności. W tym artykule przedstawiono kompletny protokół wieloetapowej fotolitografii z zaworami i funkcjami o zmiennej wysokości, które można dostosować do dowolnego zastosowania. W ramach demonstracji wytwarzamy mikroprzepływowy generator kropel zdolny do wytwarzania kulek hydrożelowych.

Wieloetapowa fotolitografia o zmiennej wysokości dla wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych z zaworami

Celem tej procedury jest łatwe i szybkie wyprodukowanie urządzenia mikroprzepływowego z dostosowywalną geometrią i odpornością na pęcznienie przez płyny organiczne do badań nad odzyskiwaniem oleju. Najpierw generowana jest forma z polidimetylosiloksanu, a następnie wykorzystywana do odlewania urządzenia na bazie żywicy epoksydowej. Przedstawiono reprezentatywne badanie przemieszczenia.

Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju

Demonstrujemy produkcję i użycie urządzenia mikroprzepływowego, które umożliwia wielokrotne pomiary mikroreologii śledzenia cząstek w celu zbadania reologicznych efektów powtarzających się przemian fazowych na miękkiej materii.

Połączenie mikrofluidyki i mikroreologii w celu określenia właściwości reologicznych miękkiej materii podczas powtarzających się przemian fazowych

Obecny protokół opisuje pneumatyczną platformę mikroprzepływową, która może być używana do efektywnego koncentracji mikrocząstek.

Pneumatycznie napędzana platforma mikroprzepływowa do zagęszczania mikrocząstek

Poznaj techniki mikroprzepływowe do badań transportu nadkrytycznej piany CO₂ w pękniętych zbiornikach. Metoda umożliwia bezpośrednią obserwację przepływu płynów w złożonych geometriach pod wysokim ciśnieniem.

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych (Wideo) | JoVE Journal

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO₂ w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Przeglądaj więcej filmów