Ученый ТюмГУ запатентовал способ стабилизации размера микрокапель

Доцент кафедры микро- и нанотехнологий ТюмГУ Александр Федорец изобрел простой способ стабилизации размера микрокапель. Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может быть использовано при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, а также в микрофлюидике.
«Для способов сверхточного дозирования жидкостей, основанных на явлении „Капельный кластер“, актуальны технические решения, позволяющие стабилизировать во времени размер микрокапель, — комментирует Федорец. — Проблема обусловлена тем, что в стандартных условиях капли кластера подвержены конденсационному росту, скорость которого пропорциональна температуре межфазной поверхности жидкость-газ под кластером и может достигать значений порядка 1 мкм/с. Учитывая, что объем и масса капли пропорциональны ее диаметру в третьей степени, конденсационный рост капель может существенно снижать точность дозирования жидкости».

В предлагаемом способе эффект стабилизации размера капель кластера достигается за счет частичного испарения капли под действием электромагнитного излучения, хорошо поглощаемого веществом капель.

Схема эксперимента, подтверждающего эффективность такого способа.

1 — капельный кластер, 2 — кювета с тонким горизонтальным слоем воды 3 (радиальное сечение), 4 — источник инфракрасного (ИК) излучения, 5 — объектив стереомикроскопа. Конструкция встроенного в дно кюветы нагревателя 6 подробнее отражена на вставке справа: 7 — металлический стержень диаметром 1 мм, который вклеен заподлицо на эпоксидную смолу 8 в дно кюветы; на стержень навита изолированная нихромовая проволока 9.

При пропускании электрического тока нихромовая проволока разогревается, через металлический стержень тепло передается слою жидкости, и над нагревателем формируется капельный кластер. Спектральный диапазон ИК-источника попадает на полосу поглощения воды, однако облучение практически не влияет на распределение температуры в объеме слоя (плотность мощности ИК-излучения в сечении слоя мала — порядка 10 мВт/см²). В то же время такое воздействие достаточно для повышения температуры микрокапель и интенсификации испарения с их поверхности, что позволяет управляемо снижать скорость конденсационного роста и стабилизировать размер капель кластера.

Новый способ сочетает простоту технической реализации и высокую эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей мкм.

Источник:

Управление информационной политики ТюмГУ