一种微流控芯片及离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法技术

本发明专利技术提出了一种微流控芯片及离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法，涉及微气泡制备及微流体特性分析的技术领域，用以解决气体

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片及离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法


[0001]本专利技术涉及微气泡制备及微流体特性分析的
，尤其涉及一种微流控芯片及离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法。

技术介绍

[0002]离子液体是一类具有低熔点，在温度低于373.15K时呈液态的盐类。与常规的有机溶剂和电解质溶液相比，离子液体有众多过程，如常温下具有低蒸汽压、熔点低、对多种无机物和有机物具有良好的溶解性能。因此，离子液体作为反应物或分离介质，具有良好的应用前景。目前越来越多的研究者将离子液体应用于气
‑
液分离和反应过程。结合最近的化工过程小型化的趋势，气体
‑
离子液体系统在微尺度上的流动和分散动力学变得越来越重要，以提高化工过程/反应的效率和安全性。
[0003]微尺度上气液过程的关键是流型控制和气泡输运。微米级气泡具有较大的比表面积、较小的传输距离和较高的表面能，是微米级传质和化学反应过程基础研究的主体。理想的微气泡具有高单分散性、生成频率可控和流动稳定的特性。目前，多采用超声或机械搅拌方法产生微气泡，这类方法产成微气泡虽具有简单、方便和成本低等优势，但是产生的微气泡尺寸不均，生成频率难以控制，气泡速度不稳定，不利于气体
‑
离子液体系统在微尺度上的流动和分散动力学的研究。

技术实现思路

[0004]针对现有气体
‑
离子液体系统在微尺度上难以可控制备流动稳定的单分散氮气微气泡的技术问题，本专利技术提出了一种微流控芯片及离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法，所制备微流控芯片内的氮气微气泡具有尺寸均匀、生成频率可控和流动稳定的特点。而且该方法高效简便，重复性好。同时也有助于进一步探究气体
‑
离子液体系统在微尺度上的流动和分散动力学，对微化工反应过程的强化具有参考意义。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种微流控芯片，包括基台，所述基台上设有注射管和收集管，注射管的出口为圆锥形尖端，圆锥形尖端水平插入收集管中，注射管和收集管之间通过连接管连接，连接管套设在注射管和收集管上，连接管的内径大于注射管和收集管的外径，连接管与收集管之间填充有密封胶层封闭，连接管与注射管之间形成与收集管连通的环形进液口。
[0007]所述注射管的进口处为内径0.7
‑
1.7mm，外径1.0
‑
2.3mm的圆形玻璃管。
[0008]所述收集管为内径0.7
‑
1.7mm，外径1.0
‑
2.3mm的圆形玻璃管。
[0009]优选的，所述注射管的进口处为内径0.7mm，外径1.0mm的圆形玻璃管。
[0010]所述连接管为内径1.2
‑
2.5mm，外径1.6
‑
3.5mm的圆形玻璃管，连接管能够套设在注射管和收集管上，并且预留出一定孔隙，使其能够形成环形进液口。
[0011]所述注射管的出口孔径范围为10
‑
150μm，圆形玻璃管前端被微电极拉制仪拉成锥
形，从而形成锥形孔结构的圆锥形尖端，可根据不同实验要求制备出尺寸可控的锥形孔。
[0012]所述圆锥形尖端插入收集管的长度为0.8
‑
1.2mm，圆锥形尖端应避免插入过深而使注射管和收集管抵接，应保证从环形进液口进入的液相流体能够顺利进入收集管。
[0013]所述基台为透明氧化铝陶瓷片、硅酸盐玻璃片或石英玻璃片，基台还可以为其他具备良好透光性且耐化学腐蚀的无机非金属材料。
[0014]一种离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法，分别将液相和气相注入微流控芯片中，对微气泡形成和运动过程研究。具体包括以下步骤：将注射管的入口通过导管与气相注射器连接，在注射管中通入气相；所述环形进液口处设有接头，接头通过导管与液相注射器连接，在连接管中通入液相，气相和液相在注射管的出口接触，在收集管中形成微气泡；通过高速摄像机的光学显微镜采集收集管中的两相流图像，根据得到的图像进行微气泡形成和运动过程研究。
[0015]所述气相为氮气，所述液相为离子液体。
[0016]所述液相为离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4])、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF4])、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐([Hmim][BF4])中的一种。
[0017]所述注射管中通入气相的流速为100
‑
400μL/min，连接管中通入液相的流速为600
‑
1300μL/min。
[0018]所形成微气泡的尺寸为200
‑
500μm、生成频率为20
‑
250Hz、运动速度在0.03
‑
0.1m/s。微气泡尺寸、生成频率和运动速度的相对标准偏差均小于3％。
[0019]本专利技术所述微流控芯片可用于制备微气泡、液滴、固体颗粒以及气体吸收等领域。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术微流控芯片物化性能稳定，耐热性能良好，且具有良好的透明性。
[0022](2)本专利技术通过在恒定的气相流量下，控制离子液体流量，可调控氮气微气泡的尺寸、生成频率和运动速度，进而达到调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的目的。
[0023](3)本专利技术使用不同种类的离子液体作为液相，在恒定的气相流量和液相流量下，可调控氮气微气泡的尺寸、生成频率和运动速度，进而达到调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的目的。
[0024](4)本专利技术制备的微气泡具有尺寸均匀、频率可控和流动稳定的优点，是良好的微气泡发生器。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为微流控芯片结构示意图；图中：1、导管；2、锥形接头；3、注射管；4、连接管；5、收集管；6、基台。
[0027]图2为微流控芯片中不同离子液体中的显微照片，Q
G
＝100μL
·
min
‑1，Q
L
＝600μL
·
min
‑1；图中(i)[Hmim][BF4]、(ii)[Bmim][BF4]、(iii)[Emim][BF4]。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括基台(6)，所述基台(6)上设有注射管(3)和收集管(5)，注射管(3)的出口为圆锥形尖端，圆锥形尖端水平插入收集管(5)中，注射管(3)和收集管(5)之间通过连接管(4)连接，连接管(4)套设在注射管(3)和收集管(5)上，连接管(4)的内径大于注射管(3)和收集管(5)的外径，连接管(4)与收集管(5)之间填充有密封胶层进行封闭，连接管(4)与注射管(3)之间形成与收集管(5)连通的环形进液口。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述注射管(3)的进口处为内径0.7
‑
1.7mm，外径1.0
‑
2.3mm的圆形玻璃管；所述注射管(3)的出口孔径范围为10
‑
150μm；所述圆锥形尖端插入收集管(5)的长度为0.8
‑
1.2mm；所述收集管(5)为内径0.7
‑
1.7mm，外径1.0
‑
2.3mm的圆形玻璃管。3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述注射管(3)的进口处为内径0.7mm，外径1.0mm的圆形玻璃管。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述连接管(4)为内径1.2
‑
2.5mm，外径1.6
‑
3.5mm的圆形玻璃管。5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述基台(6)为透明氧化铝陶瓷片、硅酸盐玻璃片或石英玻璃片。6.一种离子液体调控单分散氮气微气泡形成和运动过程的方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍锋，郭威，何宏艳，王艳磊，杨亚喜，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所惠州市绿色能源与新材料研究院，
类型：发明
国别省市：