具有不同表面潤濕性的微尺度3D打印微流控器件

阿聯酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士，近日在知.名期刊《Soft Matter》發表了一篇高質量文章“Imaging and Characterizing Fluid Invasion in Micro-3D Printed PorousDevices with Variable Surface Wettability" 。研究人員在實驗過程中使用微納 3D打印設備，該設備具有2μm分辨率，50mm*50mm的加工幅面，加工微流控器件。這臺設備來自深圳摩方材料公司，型號為nanoArch S130。基于微納3D打印的微流控器件，結合多相流成像技術，研究微尺度多孔介質中的多相流動。

多孔微流控器件制造的工作流程如圖（a）所示，第一步是對薄片圖像或微CT掃描圖像進行處理（紅色部分），然后從處理后的圖像中，選擇一個區域并將其嵌入微模型設計中（藍色部分），構建三維立體模型。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）的對比；

多孔介質中的流體滲透廣泛存在于許多應用中，例如油氣開采、二氧化碳封存，水處理等。流體滲透的動態過程會受到液體表面張力，多孔介質的表面潤濕性，空隙拓撲結構以及其他參數的影響。在這項工作中，研究人員使用2μm精度的微立體光固化3D打印機打印出具有相似復雜孔喉特征的微模型。該模型的內部空隙結構來自于天然多孔介質（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顯微鏡下觀察和研究了在各種表面潤濕性條件下的動態流體滲透行為。此外，我們還結合光學成像和數值模擬，系統地分析了殘留液體分布，并揭示了四種不同類型的殘留機制。

這項工作提供了一種新穎的方法，通過結合微尺度3D打印和多相流成像技術來研究多孔介質中的微尺度下的多相流動。

致謝：阿聯酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士參考文獻：

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