Login processing...

JoVE Journal
Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 2 minutes.

JoVE Journal Engineering

Mikrofluidiske fabrikasjonsteknikker for høytrykkstesting av mikroskala superkritisk CO₂ skumtransport i brukket ukonvensjonelle reservoarer

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Journal (Engineering)

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Journal (Engineering)

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Click here for the English version

Mikrofluidiske fabrikasjonsteknikker for høytrykkstesting av mikroskala superkritisk CO₂ skumtransport i brukket ukonvensjonelle reservoarer

Article DOI: 10.3791/61369-v

July 2nd, 2020 •

Hooman Hosseini¹, Feng Guo², Reza Barati Ghahfarokhi¹, Saman A. Aryana²

¹Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Kansas, ²Department of Chemical Engineering, University of Wyoming

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

July 2nd, 2020

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Dette papiret beskriver en protokoll sammen med en komparativ studie av to mikrofluidiske fabrikasjonsteknikker, nemlig fotolitografi / våt-etsing / termisk-binding og selektiv laserindusert Etsning (SLE), som er egnet for høytrykksforhold. Disse teknikkene utgjør muliggjøre plattformer for direkte observasjon av væskestrøm i surrogatgjennomtrengelige medier og frakturerte systemer under reservoarforhold.

Transcript

Denne protokollen er et tverrfaglig samarbeid mellom University of Kansas og University of Wyoming. Vi hadde behov for testing av våre patenterte, polyelektrolytt komplekse nanopartikler ved hjelp av høytrykksmikrofluidier. Og det startet et samarbeid mellom vår forskningsgruppe og Dr.Aryanas forskningsgruppe for å dra nytte av hans toppmoderne fasiliteter.

Vi vil gjerne anerkjenne NSF for å finansiere en del av dette prosjektet, og takke det tertiære eller restitusjonsprogrammet for å gi sine fasiliteter og støtte som trengs for dette prosjektet. I tillegg ble dette arbeidet delvis støttet av CMCUF og Energy Frontier Research Center finansiert av DOE. Denne protokollen og dens anvendelse av surrogat komplekse gjennomtrengelige medier og deres høytrykksforhold, er et resultat av et samarbeid mellom to forskningsgrupper en fra University of Wyoming og den andre fra University of Kansas.

Denne protokollen detaljer, fabrikasjon prosedyren for en robust mikrofluidisk plattform i fravær av rene rom fasiliteter. Denne plattformen muliggjør direkte visualisering av flyt i komplekse geometrier under høytrykksforhold. Den beskrevne teknikken kan brukes til å elde komplekse kanalnettverk i glass underlag som etterligner en strukturer fra undergrunnsmedier og tåler høytrykksforhold opplevd under CO2-utnyttelse og lagring.

Denne metoden kan brukes til å gi innsikt i kryss og transport av komplekse væsker i ugjennomtrengelige medier i sammenheng med CCUS. Når du utfører denne protokollen pasienter og ekstrem forsiktighet er nødvendig for å minimere risikoen for fysisk skade og feil i fabrikasjonsprosessen. Visuell demonstrasjon av denne metoden muliggjør effektiv kommunikasjon av trinnene som er kritiske i vellykket kjøring.

Begynn med å helle en tilstrekkelig mengde krom etsing løsning i et beger og varme den til ca 40 grader Celsius. Plasser deretter masken direkte på siden av borosilikatsubstratet som er dekket med krom og fotomotstand. Overfør det geometriske mønsteret til bildet motstå ved å utsette stabelen av substratet og masken til UV-lys.

Fjern fotomasken og substratstakken fra UV-fasen, fjern deretter fotomasken og senk underlaget og utviklerløsningen i ca. 40 sekunder. Kaskade skyll underlaget ved å strømme deionisert vann på toppen av underlaget og over alle overflatene minst tre ganger. Etter å ha tillatt underlaget å tørke, senk det ned i det forvarmede krometchant i ca 40 sekunder og dermed overføre mønsteret fra bildet motstå til kromlaget.

Fjern underlaget fra løsningen, kaskade skyll det med deionisert vann og la det tørke. Bruk en børste til å påføre flere lag med HMDS på det avdekkede underlagets avdekket ansikt og la det tørke. Påfør ett lag med fotomotstand på toppen av primeren, og plasser deretter underlaget i en ovn ved 60 til 90 grader Celsius i 30 til 40 minutter.

Etterpå forlater du mønstersubstratet i etchantløsningen i en forhåndsbestemt tidsperiode, basert på de ønskede kanaldybdene. Fjern underlaget fra etchant, ved hjelp av et løsemiddelbestandig par pinsett og kaskade skyll det med deionisert vann. Utsett underlaget for NMP-oppløsning forvarmet til 65 grader Celsius i ca. 30 minutter for å fjerne bildet motstå.

Kaskade skyll den med aceton etterfulgt av etanol og deionisert vann. Plasser det rene substratet i krometchant og oppvarmet til ca 40 grader Celsius i omtrent ett minutt. Deretter karakteriserer kanaldybden ved hjelp av laserskanning, konfokal mikroskopi.

Merk posisjonene til innløps- og utløpshullene på et tomt borosilikatsubstrat ved å justere dekkplaten mot det etsede substratet. Bruk en mikro slipende sandblaster og 50 mikromåler aluminiumoksid mikro sandblåsing media for å sprenge gjennom hull i de merkede stedene. Kaskade skyll både etset substrat og dekkplaten med deionisert vann.

Ta deretter med en til fire hydrogenperoksid svovelsyre piranha løsning til koking og senk underlaget og dekkplaten i løsningen i 10 minutter. Etter å ha skyllet underlaget og dekkplaten, senk dem ned i bufferetchant i 30 til 40 sekunder og skyll dem igjen. Deretter senker du underlaget og dekkplaten i 10 minutter i et seks til ett vann, hydrogenperoksid, saltsyreoppløsning som varmes opp til ca. 75 grader Celsius.

Trykk underlaget og dekkplaten tett mot hverandre mens de er nedsenket, og fjern dem deretter fra løsningen, kaskade skyll dem og senk dem ned i deionisert vann. Pass på at underlaget og dekkplaten er godt festet til hverandre, trykk dem mot hverandre og fjern dem forsiktig fra vannet. Juster underlaget og dekkplaten forsiktig mens de er nedsenket i DI-vann og gjenta prosedyren til ingen luftbobler observeres mellom de to.

Plasser stabelen underlag mellom to glatte 1,5 to centimeter tykke glass keramiske plater for liming. Plasser glass keramiske plater mellom to metalliske plater laget av legering x. Pass på at glasswafers og den keramiske metalliske holderen er sentrert.

Hånd stram mutrene og plasser holderen i et vakuumkammer i 60 minutter ved ca 100 grader Celsius. Fjern deretter holderen fra kammeret og trekk forsiktig mutrene. Plasser holderen inne i en ovn og utfør et varmeprogram i henhold til manuskriptets retninger.

Fjern den termisk limte mikrofluidiske enheten fra ovnen og skyll den med vann. Deretter bader du sonicate det i saltsyre i en time. Fyll tankene til karbondioksid- og vannpumpene med nok væske til eksperimentet og bruk en sprøyte til å fylle saltlakeakkumulatoren og strømningslinjene med overflateaktive løsninger.

Plasser den mettede mikrofluidiske enheten i en trykkbestandig holder og koble innløps- og utløpsportene til de aktuelle linjene ved hjelp av 0,01 tommers indre diameterrør. Øk temperaturen på det sirkulerende badet, som styrer temperaturen på saltlake og karbondioksidlinjer til ønsket temperatur. Øk tilbaketrykket og saltlakepumpetrykket samtidig i gradvise trinn samtidig som kontinuerlig strømning opprettholdes fra utløpet til ryggtrykkregulatoren.

Øk trykket opp til 7,38 mega pascal og stopp pumpene. Øk karbondioksidlinjetrykket til et trykk over 7,38 mega pascal og åpne deretter karbondioksidventilen og la det superkritiske karbondioksidet blandet med høytrykks overflateaktivt middel som strømmer gjennom en inline mikser og generere skum. Vent til strømmen er fullt utviklet inne i enheten og kanalene er mettet, og overvåker utløpet for utbruddet av skumgenerering.

Slå på kameraet for å ta detaljerte bilder av flyt inne i kanalene. Karbondioksid skum transport og stabilitet i UV-litografi mikrofluidic enheten, i løpet av de første 20 minuttene av generasjon og isolasjon er vist her. Multifase flyttet over mikro sprekker og skum ble generert gjennom mikro-brudd.

Skummet ble generert i en selektiv laser indusert etsing mikrofluidisk enhet, fra omgivelsestilstand uten strøm til fullt utviklet, superkritisk karbondioksidskum ved høye og lave strømningshastigheter. Skumfordeling og stabilitet ble avbildet under reservoarforhold i løpet av de første 20 minuttene av generasjon og isolasjon. Fordelingen av boblediametre ble bestemt ved hjelp av bilde J.Quantification av skummikrostrukturen ble utført ved hjelp av rå bilder, innlegg bearbeidede bilder og deres binariserte ekvivalenter.

Når du prøver dette praktisk, er det viktig å nøye undersøke mønsteret på kromlaget under gult lys for å sikre at ønsket mønster overføres riktig. Variasjoner av disse metodene inkluderer høytrykksinjeksjon av olje, polymerløsninger og lav saltholdighetssaltlakes for å utvikle en forståelse av fysikken til flyten av komplekse væsker gjennom direkte visualisering.

X

Simple Hit Counter