具有不同表面潤(rùn)濕性的微尺度3D打印微流控器件

阿聯(lián)酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士，近日在知.名期刊《Soft Matter》發(fā)表了一篇高質(zhì)量文章“Imaging and Characterizing Fluid Invasion in Micro-3D Printed PorousDevices with Variable Surface Wettability" 。研究人員在實(shí)驗(yàn)過程中使用微納 3D打印設(shè)備，該設(shè)備具有2μm分辨率，50mm*50mm的加工幅面，加工微流控器件。這臺(tái)設(shè)備來自深圳摩方材料公司，型號(hào)為nanoArch S130。基于微納3D打印的微流控器件，結(jié)合多相流成像技術(shù)，研究微尺度多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)。

多孔微流控器件制造的工作流程如圖（a）所示，第一步是對(duì)薄片圖像或微CT掃描圖像進(jìn)行處理（紅色部分），然后從處理后的圖像中，選擇一個(gè)區(qū)域并將其嵌入微模型設(shè)計(jì)中（藍(lán)色部分），構(gòu)建三維立體模型。第二步是使用切片軟件將三維模型切成一系列圖片，最后是通過2μm精度的微立體光固化3D打印機(jī)打印出微流控器件；（b）同一巖石模型在2μm和10μm兩種不同打印精度下打印出的表面形貌；（c）打印的巖石模型（打印精度2μm）與微CT掃描圖像（掃描精度8μm）的對(duì)比；

多孔介質(zhì)中的流體滲透廣泛存在于許多應(yīng)用中，例如油氣開采、二氧化碳封存，水處理等。流體滲透的動(dòng)態(tài)過程會(huì)受到液體表面張力，多孔介質(zhì)的表面潤(rùn)濕性，空隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及其他參數(shù)的影響。在這項(xiàng)工作中，研究人員使用2μm精度的微立體光固化3D打印機(jī)打印出具有相似復(fù)雜孔喉特征的微模型。該模型的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)來自于天然多孔介質(zhì)（例如巖石）的薄片圖像或微CT掃描圖像。將不同的流體注入表面改性后的微模型中，我們可以借助于模型的高透明性直接在光學(xué)顯微鏡下觀察和研究了在各種表面潤(rùn)濕性條件下的動(dòng)態(tài)流體滲透行為。此外，我們還結(jié)合光學(xué)成像和數(shù)值模擬，系統(tǒng)地分析了殘留液體分布，并揭示了四種不同類型的殘留機(jī)制。

這項(xiàng)工作提供了一種新穎的方法，通過結(jié)合微尺度3D打印和多相流成像技術(shù)來研究多孔介質(zhì)中的微尺度下的多相流動(dòng)。

致謝：阿聯(lián)酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士參考文獻(xiàn)：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sm/c9sm01182j/unauth#!divAbstract