Summary
이 절차의 목표는 쉽고 빠르게 사용자 정의 형상과 저항 유기 액체 기름 복구 연구 하 여 붓기와 미세 장치를 생산 하는입니다. 입니다 형 처음 생성 이며 에폭시 기반 장치를 캐스팅 하는 데 사용 합니다. 대표 변위 연구 보고 됩니다.
Abstract
미세 소자 공부 미세한 규모에서 전송 프로세스에 대 한 다양 한 도구가 있습니다. 수요는 전통적인입니다 (PDMS) 장치에 달리는 낮은 저항 분자 무게 기름 구성 요소 미세 장치에 대 한 존재합니다. 여기,이 속성을 가진 장치를 만들기 위한 손쉬운 방법을 설명 하 고 복구 원유는 거품에 의해 기 공-규모 메커니즘을 조사 하기 위한이 프로토콜의 제품 사용. 패턴은 처음 설계 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용 하 여 투명도 고해상도 프린터에 인쇄. 이 패턴 리소 그래피 절차를 통해 한 감광 다음 전송 됩니다. PDMS 패턴에 캐스팅, 오븐, 치료 이며 몰드를 제거 합니다. Thiol ene 가교 폴리머, 광학 접착제 (OA)로 일반적으로 사용 되는 금형에 부 어 그리고 UV 빛에서 치료는. PDMS 몰드는 광학 접착제 캐스트에서 벗 겨. 유리 기판 다음 준비 하 고 장치의 두 개의 반쪽 함께 보 세. 광학 접착제 기반 장치는 기존의 PDMS 미세 소자 보다 더 강력한. 에폭시 구조는 빛 유기 액체를 포함 하는 실험에 대 한 새로운 가능성을 열고 있는 많은 유기 용 매에 의해 붓기. 또한,이 소자의 표면 습윤 동작 PDMS의 그것 보다 더 안정적입니다. 광학 접착제 미세 소자의 건설은 간단, 아직 PDMS 기반 장치의 제작 보다 점차적으로 더 많은 노력을 요구 한다. 또한, 광학 접착제 장치는 유기 액체에서 안정, 오랜 시간 후 감소 본드 강도 전시 수 있습니다 그들은. 다공성 미디어에 대 한 2 차원 micromodels 역할을 형상에 광학 접착제 미세 소자를 만들 수 있습니다. 이 장치는 향상 된 오일 회수 및 대수층 치료에 관련 된 기 공-규모 메커니즘에 대 한 우리의 이해를 향상 시키기 위해 석유 변위의 연구에 적용 됩니다.
Introduction
이 방법의 목적은 시각화 하 고 다중 위상, 다 성분 액체 상호 작용 및 다공성 매체에 있는 복잡 한 기 공-스케일 역학 분석. 유체 흐름 및 다공성 매체에 있는 수송의 많은 년 동안 이러한 시스템 기름 복구, 대수층 수정, 유압 골절1,2, 등 여러 가지 표면 처리에 적용 되는 때문에 3 , 4 , 5. 이러한 복잡 한 기 공 구조를 모방 하기 위해 micromodels를 사용 하 여, 독특한 통찰력 다른 액체 단계와 미디어6,,78 사이 공 수준 동적 이벤트 시각화에 의해 주어진 다 9,,1011.
전통적인 실리 카 기반 micromodels의 제조는 비싼, 시간이 소모 및 도전, 아직 상대적으로 저렴 한, 빠르고 쉽게 대체12,13, 제공 하는 광학 접착제에서 micromodels 건설 , 1415. 다른 폴리머 기반 micromodels와 비교해, 광학 접착제 보다 안정적인 표면 젖 음 특성을 전시 한다. 예를 들어입니다 (PDMS) micromodel 표면 될 것입니다 신속 하 게 소수 일반적인 변위 실험16의 과정. 또한, PDMS의 영의 계수는 반면 광학 접착제의 325 MPa13,,17182.5 MPa 이다. 따라서, 광학 접착제는 덜 유발된 변형 및 채널 실패 압력 하 경향이 있다. 중요 한 것은, 치료 광학 접착제는 훨씬 더 낮은 분자량 유기 구성 요소, 붓기 원유 및 실시18수 빛 용 매를 포함 하는 실험을 수 있는. 전반적으로, 광학 접착제 실리 카 기반 micromodels는 엄청나게 복잡 하거나 비싼 하 고 높은 온도 압력 연구 필요 하지 않은 원유를 포함 하는 변위 연구에 대 한 PDMS에 우수한 대안 이다.
이 책에서 설명한 프로토콜 광학 접착제 micromodels에 대 한 단계별 제조 지침을 제공 하 고 작은 양의 체액의 조작에 성공을 보장 하는 미묘한 속임수를 보고 합니다. 설계 및 제조와 소프트 리소 그래피 광학 접착제 기반된 micromodels의 처음 설명 이다. 다음, 유체 변위 전략은 일반적으로 질량 유량 컨트롤러와 달성 하지 않은 매우 낮은 흐름 속도 대 한 주어 집니다. 다음으로, 대표적인 실험 결과 예를 들어 주어 집니다. 이 실험 밝혀 거품 불안 및 전파 동작 원유 및 이기종 다공성 미디어의 존재입니다. 마지막으로, 일반적인 이미지 프로세싱 및 데이터 분석 보고 됩니다.
방법을 제공 여기 다 상 흐름 및 한정 된 아닌 공간에서 상호 작용 하는 어플리케이션에 대 한 적절 한입니다. 특히,이 메서드는 특성 마이크로 기능 해상도 5 보다 최적화 되어 있으며 700 µ m. 전형적인 흐름 속도 0.1 ~ 1 mL/h의 순서. 원유 또는 수성 기체 유체 주변 조건에서 이러한 최적화 된 매개 변수 순서에 의해 가벼운 솔벤트 변위의 연구,이 프로토콜은 적절 한 해야 합니다.
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Protocol
주의:이 프로토콜 고온 오븐, 독성 화학 물질 및 자외선 처리 작업이 포함 됩니다. 제발 신중 하 게 모든 재료 안전 데이터 시트를 읽어 하 고 기관의 화학 안전 지침을 따르십시오.
1. 장치 디자인
- CAD 소프트웨어 응용 프로그램에서 포토 마스크를 디자인 합니다.
- 그리기 사각형 채널을 3 ㎝ 길이, 0.5 c m 폭 (그림 1b-오른쪽 상단).
- 동봉 된 모양의 다공성 매체의 곡물을 나타내는 배열을 만듭니다.
참고:이 모양 이라고 하 게시물 소프트 리소 그래피 과정에서 3 차원 구조 될 것 이다. 모양 및 게시물의 크기 해야 수십 미크론, 순서 수 있고 10에 1 백 미크론의 간격. 여러 게시물 크기 만들이, 사용할 수 있습니다 그리고 섹션 미디어에서 골절을 시뮬레이션 하는 게시물의 맨 남아 있을 수 있습니다. - 입구 및 출구 채널 다공성 미디어 섹션으로 넓은 약 1 / 3을 그립니다. 드레인으로 입구 포트에서 형태소 분석 채널을 그립니다.
- 디자인에서의 클리어런스 1.0 cm의 최소 전체 디자인 경계 상자를 그립니다.
참고: 테두리 상자와 게시물을 뿐만 아니라, 디자인의 테두리 사이의 영역에서 포토 마스크에 투명 하 게 만들 수 있습니다.
- 고해상도 CAD에 대 한 회사에 CAD 파일 제출 인쇄
참고: 옵션: 거품 변위 실험 디자인 미세 거품 생성기 (그림 1a). 디자인이 생략 하 고 경계 상자 1 단계를 반복 합니다. 흐름 초점 기하학 다공성 미디어 디자인 전에 입구에서 것이 좋습니다. 흐름 공간에 포토 마스크에 투명 해야 합니다.
2. PDMS 몰드 제작
- 클린 룸에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드를 만들기
- 스핀-코트 20 µ m 층 30 2000 rpm에서 새로운 실리콘 웨이퍼에 감광의 s.
- 부드러운 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼를 구워: 65 ° C 1 분 뒤에 3 분 동안 95 ° C.
- 감광 레이어 150 mJ/cm2의 일정 한 복용량을 사용 하 여 CAD 디자인 패턴을 마스크 동기 기를 사용 합니다.
- 두 단위로 뜨거운 접시에 사후 노출 빵을 수행: 95 ° c 3 분 허용 5 분을 웨이퍼에 따라 1 분에 65 ° C.
- 프로필 렌-글리콜-메 틸-에테르-아세테이트의 유리 결정 화 접시에 100 mL에 웨이퍼를 담가. 부드럽게 교 반 하십시오 손으로 포토 레지스트 패턴을 개발 하기 위해 10 분. 소 프로 파 놀으로 그것을 씻어 하 고 건조 한 공기의 흐름에 따라 웨이퍼 건조.
- 열심히 구워 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼: 150 ° c 10 분 허용 15 분 동안 냉각 하기 위하여 웨이퍼에 뒤에 5 분 동안 120 ° C.
- 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 캐스트 PDMS
- PDMS 고무 및 경화제 먼지 무료 일회용 용기 안에 5:1 비율에 30 g의 총 혼합.
- 30 분 동안 진공 desiccator에서 PDMS 드
- 150 m m 유리 페 트리 접시에에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 PDMS를 붓는 다.
- 웨이퍼와 1 시간에 80 ° C 오븐에서 PDMS를 포함 하는 페 트리 접시를 놓습니다.
- 페 트리 접시는 오븐에서 제거 하 고 실내 온도 도달 하는 내용을 허용.
참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서.
- 광학 접착제 패턴 전송에 대 한 PDMS 몰드를 준비
- 조심 스럽게 PDMS 몰드는 메스를 사용 하 고 웨이퍼에서 금형 껍질.
- 깨끗 하 고 투명 접착 테이프를 사용 하 여 PDMS 몰드를 보호.
참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서. - PDMS 몰드를, 먼지 무료 60 m m 플라스틱 페 트리 접시의 바닥에, 패턴 사이드를 놓습니다. 10 허용 플라스틱에 충실 하는 PDMS에 대 한 s.
- 3.1.1 단계까지 투명 한 플라스틱 테이프를 가진 PDMS의 표면 보호.
참고: 옵션: 거품 생성기 수 있도록, 단계 2.1 반복. 2.3.2 통해. 거품 생성기 디자인에 대 한.
3. 광학 접착제 장치 제조
- PDMS 몰드에 캐스트 광학 접착제
- PDMS의 패턴화 된 표면에서 테이프를 제거 하 고 150 mm 페 트리 접시 PDMS 몰드의 상단 표면 위에 약 0.9 cm의 깊이 광학 접착제를 부 어. 부드럽게 면봉의 모든 종류와 모든 거품을 제거 합니다.
- 단계 3.2.1-3.2.5 PSD UV 시스템에서에 명시 된 대로 총 40 분의 자외선 아래 광학 접착제를 치료.
주의: 자외선을 작업할 때 적절 한 보호를 착용 하십시오.- 페 트리 접시 UV 빛에 노출 (254 nm) 5 분.
- 하단의 지금 직면 하 고 UV 소스를 페 트리 접시를 반전 하 고 5 분 동안 UV 빛 아래 측면을 노출.
- 페 트리 접시를 반전, 수직 위치를 반환 하 고 다시 5 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출.
- 거꾸로 다시, 페 트리 접시를 반전 하 고 다시 10 분 동안 자외선을 하단 측면을 노출.
- 수직 위치에 다시 배양 접시를 반전 하 고 다시 15 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출.
참고: 단계 3.2.5 통해 3.2.1 치료 절차는 적용 경우에 지정 된 PSD UV 장치 사용 (자료 테이블). 치료 시간 및 광학 접착제 층의 정확한 두께에 사용 되는 특정 램프 따라 달라 집니다.
- PDMS 몰드에서 치료 광학 접착제 제거
- 상자 절단기를 사용 하 여 신중 하 게 페 트리 접시 금형 광학 접착제를 휴식.
주의: 상자 커터 블레이드 매우 샤 프 하 고 쉽게 살을 자를 수 있다. 깨진된 접시의 날카로운 가장자리 주위에 작업 하는 경우 주의 해야 합니다. - 튼튼한가 위의 쌍을 사용 하 여 디자인의 가장자리에서 과잉 광학 접착제를 제거.
- 광학 접착제 퍽에서 PDMS 몰드는 천천히 껍질. 광학 접착제 표면 및 명확한 테이프로 PDMS 표면 무늬 부분을 보호 합니다.
- 1.0 m m 생 검 펀치를 사용 하 여 만들 입구, 출구, 및 드레인 구멍. 명확한 테이프와 꽃무늬 광학 접착제를 보호 합니다.
- 상자 절단기를 사용 하 여 신중 하 게 페 트리 접시 금형 광학 접착제를 휴식.
- 기판 준비
- 새로운 유리 슬라이드, 스핀 코트 두 단계에서 슬라이드에 광학 접착제의 1 mL를 분배: 5 s 다음 20 4000 rpm을 위해 500 rpm s.
- 신속 하 게 기판 UV 빛 처리, 전송 및 30 자외선 아래 얇은 광학 접착제 층을 부분적으로 치료 s.
- 기판에 캐스팅 광학 접착제 본드
- 광학 접착제 캐스트, 꽃무늬 쪽, 고 기판, 코팅-측면, 청소기 O2 플라즈마에 놓습니다. 플라즈마 20 표면을 청소 540 mTorr에서 s.
- 모든 원치 않는 공기 주머니 최소화 되거나 제거 될 때까지 함께 두 처리 표면 눌러 단단히.
- 20 분 동안 UV 빛에서 장치는 완전히 치료.
주의: UV 빛에 대 한 적절 한 보호 보호 안경, 연구실 코트, 장갑 등착용. - 18 h 50 ° C에서 뜨거운 접시에 장치를 놓습니다.
- 각 장치에 포트 (PE/3) 튜브는 0.58 m m ID 저밀도 폴 리 에틸렌의 6 인치 긴 세그먼트를 삽입 합니다.
- 5 분 빠른 세트 에폭시를 사용 하 여 안전한 장소에 튜브.
참고: 옵션: 거품 생성기를 완료 하려면 단계 3.5.1, 3.5.2, 3.6, 3.7를 반복. 거품 생성기 PDMS를 사용 하 여 캐스트와 새로운 유리 슬라이드, 광학 접착제 캐스트 및 준비 기판 대신 각각.
4. 오일 변위 실험
- 미세 장치는 거꾸로 한 현미경 장착 된 고속 카메라에 이미지를 준비 합니다. 수정 테이프를 사용 하 여 현미경 무대 장치. 4 X 목표를 사용 하 여, 관심 (아오이)의 지역에 초점.
- 주입 액체를 준비
참고: 3 상 시스템에 대 한 염료는 전치 체액 이미지 분석을 위한 색상 대비를 제공를 추가 되어야 합니다.- 부하 원유 또는 모델 10 mL 유리 주사기는 23 장착으로 오일 샘플의 3 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정.
- 부하는 23를 갖춘 3 mL 플라스틱 주사기로 전치 하는 액체의 1 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정.
참고: 옵션: 거품 생성 실험, 10 m 긴 25 µ m 직경 유리 모 세관 튜브는 N2 가스 탱크에 연결 하 고 보정 곡선으로 가스 압력 필요한 가스 유량에 대 한 원하는 값을 설정. Equilibrate 가스 흐름에 대 일 분을 허용 합니다.
- 광학 접착제 모델 다공성 미디어 장치 기름으로 포화
- PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 전치 유체 소자의 입구에 연결 합니다.
참고: 옵션: 전치 위상으로 거품을 사용 하는 경우 전치 액체 주사기 거품 발생기의 입구에 연결. 23 게이지 산업 분배 팁으로 모 세관 튜브를 삽입 하 고 빠른 세트 에폭시와 환대를 씰링 가스 모 세관 거품 발생기에 두 번째 입구 포트에 연결 합니다. 거품 생성기의 출구 다음 23 게이지 커넥터를 사용 하 여 광학 접착제 장치의 입구에 연결 됩니다. - PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 소자의 입구에 석유로 가득한 주사기를 연결 합니다.
- 드레인 포트는 두 체액 두 흐름을 동시에 0.8 mL/h에서 입구 포트에 전치 액체 흐르는 동안 2 mL/h 광학 접착제 장치의 출구 포트에 기름 흐르는 시작. Displacing 액체 팬 들은 다공성 미디어의 정보를 입력 하지 해야 합니다. 20 mL 유리 유리병에 폐수를 수집 합니다.
- PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 전치 유체 소자의 입구에 연결 합니다.
- 충분히 빨리 원하는 현상 캡처 프레임 속도로 다공성 미디어 장치에 아오이 촬영 시작 합니다. 전형적인 프레임 속도가 50 fps입니다. 100% 오일 포화 영역의 스틸 이미지를 캡처하십시오.
- 신속 하 고 동시에 5 cm 바인더 클램프와 드레인 관을 클램핑 하는 동안가 위를 사용 하 여 기름에 흐르는 PE/3 튜브를 잘라.
- 오일 변위 정상 상태에 도달 하거나 카메라 메모리 부족 실행 될 때까지 장치를 침공 하 전치 액체 허용.
5. 이미지 및 데이터 분석
- 이미지 J 등 무료 이미지 분석 소프트웨어를 사용 하거나 분석 실험에서 푸티지를 MATLAB에서 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여.
- 100% 오일 포화 채널의 스틸 이미지를 사용 하 여, 다공성 미디어 아오이 대 한 %의 단위에 다공성을 계산 합니다.
- 다음 수식을 사용 하 여 기 공 볼륨을 계산:
- 이미지 분석 소프트웨어를 사용 하 여 오일 채도 전체 흐름 공간 실험에서 비디오 영상의 각 프레임의 일부분으로 결정. 두 위상 변위 실험, 대 한 각 프레임에서 전치 단계 채도로 계산 수 있습니다.
- 오일 주입된 액체의 기 공 볼륨 대 %에서 채도의 음모를 준비
참고: 옵션: 3 거품 변위 실험의 시스템 상, 대 한 MATLAB 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여 각 단계에 대 한 특성 RGB 범위를 사용 하 여 색상에 의해 각 displacing 단계를 분류 하. Saturations의 주입된 공 볼륨으로 모든 3 단계를 보여주는 플롯을 준비.
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Representative Results
이 예제에서는 실험에 수성 거품 계층된 침투성 대비 이기종 다공성 매체에서 (5.4 cP의 점성)와 40 °의 API 중력 중동 원유를 치환 하 사용 됩니다. PDMS 거품 생성기는 원유로 완전히 포화 이전 되었다 광학 접착제 micromodel에 연결 된다. 그림 1a 는 PDMS에 대 한 포토 마스크의 CAD 디자인 거품 발생기, 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 및 완성 된 거품 발생기 입구 및 출구 관 삽입을 보여 줍니다. 그림 1b 계층된 침투성 대비 이기종 광학 접착제 모델 다공성 미디어에 대 한 해당 이미지를 보여줍니다. 포토 마스크 디자인의 각각 투명 및 불투명 부분 note 그림 2에서처럼 조 악한 거품으로 가스와 액체는 공동 주입 흐름 초점 기하학에 의해 생성 됩니다. 이 데모에 대 한 선정 총 유량은 0.8 mL/h 약 90%의 질소 가스 소수 흐름. 사용 되는 계면 활성 제 솔루션 1 wt %의 농도에 라우릴 betaine에 알파 올레 핀 된 c 14-16의 1:1 비율입니다. 푸른 식품 학년 염료의 1 wt % 농도 장치 게시물에서이 단계를 구별에 도움이 수성 단계에서 사용 됩니다. 미세한 거품 텍스처는 균질 거품 생성기 micromodel를 통해 전파 흐름 초점 섹션에서 거품으로 생산 됩니다. 작은 거품은에 의해 만들어진 흐름 초점 기하학 혼자 보다 꽃무늬 매트릭스를 종료 일반적으로 관찰 됩니다. 일단 꾸준한 거품 생성을 달성 거품 흐름은 원유를 치환 하 광학 접착제 micromodel에 다음 전환 됩니다. 변위 과정의 동영상 고속 카메라, 프레임별으로는 영상 처리에 대 한 허용에 의해 50 fps에서 체포 했다. 그림 3, 총 주입된 액체 공 볼륨의 기능으로 각 액체 단계에 대 한 채도 프로필 꾸몄다 했다.
이미지 처리 기법 또한 다른 층에서 유체 전환 및 거품 단계 분리를 계량을 사용 합니다. 다른 단계 사이의 모 세관 힘 낮은 침투성 지역 및 더 높은 침투성 지역에 가스를 액체의 더 많은 드라이브를 한다. 그림 4 쇼 총 주입된 액체의 기능으로 원유 변위 하는 동안 발생 한 채도 변경 실험 볼륨 기 공. 예측, 안정 된 상태에서 가스 채도 낮은 침투성 지역에서에 비해 높은 침투성 지역에서 훨씬 더 높은 했다.
기름 변위 실험 중 채도 변화를 분석, 뿐만 아니라 일련의 거품 불안, 거품 생성, 석유 lamellae 형성 및 원유 유화 같은 기 공 수준 이벤트 수 쉽게 식별할 수도. 그림 5, 원유의 존재에 거품 역동성의 일부 표시 됩니다. 이 그림에 관심의 거품 그린 컬러는. 거품은 열역학으로 한다 고 다공성 매체에 있는 모 세관 흡입 (그림 5c), 가스 확산 (그림 5e), 열, 또는 기계적인 동요 같은 메커니즘에 의해 병합. 원유는 또한 거품 (그림 5b 및 그림5d)에 해로운 효과가 있다. 거품 범람의 성공 거품 중생에 대 한 다양 한 메커니즘에 따라 달라 집니다. 우리는 버블 핀치 오프 (그림 5a)과 멜 라 (그림 5f) 처럼 제자리에서 거품 생성 메커니즘을 식별합니다.
그림 1: 다공성 미디어 micromodel 장치 제작. (a) PDMS 기반 거품 생성기: CAD 디자인, 감광 형 실리 카 웨이퍼 및 완성 된 장치; (b) 광학 접착제 기반의 이기종 다공성 미디어 micromodel 계층된 침투성 대비: CAD 디자인, 감광 형, PDMS 몰드 및 완성 된 장치. 눈금 막대는 약 1 인치 정도 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 거품 세대는 PDMS에 따라 균질 micromodel. 조 악한 거품 초점 장치 미세한 거품 장치를 통해 전달 되는 흐름을 통해 생성 됩니다. 눈금 막대 나타냅니다 1 m m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 거품에 의해 원유 변위를 특성화. (a) 초기 상태: 100% 오일 채도 (원유 갈색, 흰색에서 게시물); micromodel;에 대 한 (b) 이진 배경 이미지 (c) 비디오; 원유 변위에서 샘플 프레임 어디에 녹색 뚜렷한 단계를 구별 하는 Matlab 처리 후 (d) 변환 이미지 가스, 블루 = 수성 단계, 빨간색 = = 석유 단계; (e) 채도 역사 (검은색 화살표 (c) 할 때 찍은 시간을 나타냅니다). 눈금 막대 나타냅니다 400 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 유체 전환 및 거품 단계 분리 표시를 다른 지역에서 채도 역사. (a) 높은 침투성 지역; (b) 낮은 침투성 지역; (c) 골절 지역입니다. 세로 축에 레이블을 각 단계 (%)의 포화에 대 한 의미합니다.
그림 5: 원유의 역학 거품. (a) 거품 생성 메커니즘 핀치 오프 거품; (b) 거품 접착 원유;의 존재에 (c) 거품 접착으로 모 세관 흡입; ((d)) 거품 파괴 골절 지역; (e) 거품 가스 유포; 여 coarsening 멜 라-사단에 의해 (f) 거품 생성. 가스 거품의 그린 컬러는. 눈금 막대 나타냅니다 400 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
광학 접착제 micromodels에서 기름 복구 프로세스를 공부이 프로토콜 비 고분자 micromodels-유리 또는 실리콘-, PDMS 미세 소자의 손쉬운 제작 등의 견고성 사이의 균형을 친다. Micromodels 유리 또는 광학 접착제, 달리 PDMS 장치 빛 유기 종에 저항을 부족 합니다. PDMS micromodels가 없습니다 또한 많은 실험을 위한 이상적인 있기 때문에이 소자의 표면에는 불안정 한 일로 속성이 폴리머 매트릭스19가스 침투성. 반면, 광학 접착제 PDMS, 보다 훨씬 더 안정 습윤 나타났습니다 그리고 그것은 훨씬 적은20,,2122가스 침투성 이다. 특히, 물 접촉 각도 O2 플라즈마 처리, PDMS21시간에 비해 후 일에 대 한 안정적인 광학 접착제 남아의. 따라서, 최소한의 추가 노력, PDMS, 보다는 오히려 광학 접착제, micromodels를 건설 부여 더 용 매 저항, 더 안정적인 일로 속성 및 낮은 침투성 가스에. 그러나 광학 접착제 대체 유리도 실리콘 micromodels,, 이러한 자료 훨씬 더 높은 온도 압력을 견딜 수 있습니다. 또한, 광학 접착제 미세 소자 장기 실험14동안 본드 저하를 전시 수 있습니다. 어려움 및 유리 및 실리콘 micromodels 건설의 비용을 감안할 때, 광학 접착제는 여전히 빛 유기 물질을 포함 하는 단기 주변 변위 실험을 위한 선택의 물자 이다. 따라서, 공부 원유와 석유 복구 프로세스에 대 한 광학 접착제 micromodels 고용 노동 집약적인 유리 및 실리콘 micromodels를 사용 하 여 손쉬운 고 비용 효율적인 대안입니다.
주의 실패 결과 피하기 위해 프로토콜의 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드 준비 부분의 몇 가지 중요 한 측면에 지불 되어야 합니다. 첫째, 가장 좋은 연습 모든 베이킹 단계 램프 온도 천천히 (5 ° C 당 분)을 지시 한다. 빠른 난방 웨이퍼에 열 스트레스 골절을 일으킬 수 있습니다. 둘째, 실리콘 웨이퍼에 감광 제 접착 필요에 따라 추진 한다. 분리 사건 자주 발생 때 새로운 웨이퍼를 사용 하 여, 하지만 치료 감광 제는 웨이퍼에서 분리 문제가 경우 다음 예방 조치 취할 수 있습니다. 10 분 동안 110 ° C에 미리 구워 단계 뒤 빠른 이소프로필 알코올 린스는 웨이퍼의 표면에 대 한 더 나은 감광 제 선호도에 발생할 수 있습니다. 셋째, 참고 자외선 노출량에 대 한 프로시저에 매개 변수, 번 베이킹, 베이킹 온도, 및 개발 시간 수 있는 환경 조건, 악기 브랜드 및 화학 배치 번호에 변화에 민감한. 따라서, 자원-중 합, 아래 기능, 확인 되지 않은 기능 또는 웨이퍼를 가난한 접착 등의 문제를 제거 하기 위해 이러한 중요 한 매개 변수를 조정 하려면 여러 시험 할당 한다. 이러한 팁은 고려, 제공 상대적으로 쉽게 실리콘 웨이퍼를 성공적으로 패턴화 한다.
나중에 프로토콜, 장치 제작의 여러 가지 뉘앙스 및이 절차의 실험 단계에 기여할 수 크게 성공적인 결과. 예를 들어 비표준 PDMS 구성 비는 몇 가지 이점을 제공합니다. 일반적으로 PDMS cross-linking, 경화 에이전트 비율을 10:1 고무 사용 됩니다; 그러나, 5:1 비율 강하다는 폴리머 빨리 치료 하 고 더 많은 시간을 다시 사용할 수 있습니다 수 있습니다. 실제 광학 접착제 장치 준비에 대 한 하나의 치료 단계는 잠재적인 함정을 피하기 위해 조정 모두 정확 하 게 주의 해야 한다. 따라서, 장치에 대 한 기판에 광학 접착제의 얇은 층을 부분적으로 경화 캐스팅 부분에는 여분 강한 본드 결정적 이다. 또한, 광학 접착제도 걸쳐 경화 되도록 양쪽 모두에서 치료 이다. 광학 접착제는 완전히 치료 하지, PDMS 몰드 캐스팅에서 제거 하는 동안 찢어진 수 있습니다. 반대로, 광학 접착제를 너무 오래 치료 하는 경우 다음 자료가 된다 형편이 나쁘게 힘든. -경화 에폭시 잠재적으로 포트 구멍을 만드는 데 사용 하는 펀치 도구를 끊을 수 있다. 캐스팅-치료 경우 포트 모래 비난 또는 드릴 프레스에 1mm 직경 드릴 비트와 함께 드릴 수 있습니다. 마지막으로, 변위 실험을 실시 하는 동안 전치 액체 하지 원유 전에 micromodel 입력 허용 되어야 한다. 마이크로 채널의 습윤 만든 처음 기름 젖은 첫 원유, 연락 하지만 허용 구성 요소 변경 micromodel 표면 전치 하는 액체의 변위 전략의 성능 변경 될 수 있습니다. 미세 장치 건설 및 변위에 신중 하 게 다음이 단계에 따라 실험 됩니다 있도록 리소스 낭비로 이동 하지 않습니다.
미래에, 광학 접착제 micromodels 마이크로 연구를 위한 유용한 도구가 될 계속 됩니다. 이 소자는 특정 원유 오일에 맞게 주입 체액에 대 한 강력한 심사 플랫폼으로 사용할 수 있습니다. 또한, 기름 복구, 이동성 제어, 거품 흐름, 또는 혐 기성 미생물 강화 된 기름 회복 (EOR) 실험의 기본적인 메커니즘을 연구를 이러한 도구를 사용할 수 있습니다. 비용 효율성 및 광학 접착제 micromodels의 유리한 속성 자연스럽 게 빌려 이러한 도구 미세 기름 복구 필드에서 이점을.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
우리는 다공성 매체 (휴스턴, 텍사스, 미국)에서 프로세스에 대 한 라이스 대학 컨소시엄에서 재정 지원을 인정 한다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
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