[論文レビュー] El Fenomeno de Maduracion de Ostwald. Predicciones de las Simulaciones de Estabilidad de Emulsiones sobre la Evolucion del Radio Cubico Promedio de una Dispersion de Aceite en Agua

Germán Urbina-Villalba|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2013

Electrohydrodynamics and Fluid Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、エマルジョン安定性シミュレーション（ESS）を用いてドデカン水系ナノエマルジョンにおけるオストワルド熟成をモデル化し、静電的および水和性力、ドロップの変形性、および初期サイズ分布を組み込む。立方平均半径の時間的変化を予測し、初期サイズ分布および界面力がエマルジョン作製後の数分間のドロップ成長キネティクスに顕著な影響を及ぼすことを示している。

ABSTRACT

In this chapter, the theory of Lifshitz, Slesov and Wagner and the technique of Emulsion Stability Simulations (ESS) are reviewed. Complementary algorithms required to incorporate the phenomenon of Ostwald ripening in ESS are presented. The simulations are used to study the behavior of dodecane-in-water nanoemulsions as a function of time. The influence of electrostatic interactions, hydration forces, the initial drop size distributions, and the deformability of the drops, are studied. In particular, the behavior of the cube average radius of the dispersion and the variation of the drop size distribution a few minutes after the preparation of the emulsion are described.

研究の動機と目的

• 界面力および初期ドロップサイズ分布がナノエマルジョンにおけるオストワルド熟成に与える影響を調査すること。
• エマルジョン安定性シミュレーション（ESS）フレームワークをオストワルド熟成ダイナミクスを含めるように拡張すること。
• 初期段階の安定性におけるドデカン水系エマルジョンの立方平均半径の時間的変化を分析すること。
• ドロップの変形性および界面相互作用が熟成キネティクスに果たす役割を評価すること。
• エマルジョン調製直後の最初の数分間におけるドロップサイズ分布のシフトを予測するシミュレーションを提供すること。

提案手法

• オストワルド熟成に適応されたLifshitz-Slyozov-Wagner（LSW）理論をESSフレームワークに統合する。
• 界面エネルギー効果をシミュレートするため、ESSポテンシャルモデルに静電的および水和性力を組み込む。
• さまざまな初期ドロップサイズ分布を有するドデカン水系ナノエマルジョンのシミュレーション。
• シミュレーション環境内での動的形状緩和を用いてドロップの変形性をモデル化する。
• ドロップ半径の時間依存的追跡を用いて、時間経過に伴う立方平均半径を計算する。
• 熟成キネティクスの理論的期待値と照らし合わせて、シミュレーション結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期ドロップサイズ分布は、ドデカン水系ナノエマルジョンにおける立方平均半径の時間的変化にどのように影響するか？
• RQ2 静電的および水和性力は、ナノエマルジョンにおけるオストワルド熟成速度にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 ドロップの変形性は、初期段階のエマルジョン老化におけるドロップ粗大化キネティクスにどのように影響するか？
• RQ4 エマルジョン作製直後の数分間でドロップサイズ分布に時間依存的に生じる変化は何か？
• RQ5 ESSフレームワークは、オストワルド熟成条件下でのドロップ成長ダイナミクスを正確に予測できるか？

主な発見

• ドデカン水系ナノエマルジョンの立方平均半径は時間の経過とともに増加し、オストワルド熟成理論と整合的である。
• 初期ドロップサイズ分布は、エマルジョン老化の初期段階における粗大化の速度および程度に顕著な影響を及ぼす。
• 静電的および水和性力は界面エネルギーを調整し、その結果ドロップ成長キネティクスに影響を与えることが判明した。
• ドロップの変形性は、剛体球モデルと比較して、より速い緩和および異なる成長ダイナミクスを引き起こす。
• シミュレーション結果は、エマルジョン調製後数分間でドロップサイズ分布に測定可能な変化が生じることを示している。
• 拡張されたESSフレームワークは、現実的な界面力条件の下で立方平均半径の時間的変化を的確に捉えている。