利用微流控流体动力陷阱对双液滴聚并的微观研究

微米尺度液滴的聚并受多个参数影响，包括液滴尺寸、两相黏度、液滴速度与接近角度，以及界面张力和表面活性剂覆盖度。在存在表面活性剂时，由于马兰戈尼应力（Marangoni stresses）的产生和膜流动性的降低，聚并液滴间液膜的动力学与排液过程可能尤为复杂。本工作中，使用微流控流体动力斯托克斯陷阱（Stokes trap）将载有表面活性剂的微米级液滴轻柔地引导并捕获于十字通道中心。使 incoming 液滴与捕获液滴聚并，从而得到液膜排液时间的测量值。水液滴在上游通过微流控 T 型结生成，置于重质与轻质矿物油中，并使用油溶性表面活性剂 SPAN 80 稳定。测量了液膜排液时间随连续相黏度、入射液滴速度、捕获液滴尺寸以及高于和低于临界胶束浓度（CMC）的表面活性剂浓度的变化关系。正如预期，具有更高表面活性剂浓度、更高连续相黏度和更慢液滴速度的系统表现出更长的液膜排液时间。或许更令人意外的是，更大的液滴和高受限度也导致更长的排液时间。本文利用结果确定了聚并的临界条件，包括上、下临界毛细数（Capillary number）。此外，研究表明诱导的表面活性剂浓度梯度效应使得液滴在初始絮凝后、于高于 CMC 的表面活性剂浓度下发生聚并。该微流控流体动力陷阱为表面活性剂在液膜排液中的作用提供了新见解，并为微米长度尺度和毫秒时间尺度下的可控聚并研究开辟了途径。