[논문 리뷰] 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)|2013. 03. 08.

Electrohydrodynamics and Fluid Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 에멀션 안정성 시뮬레이션(ESS)을 활용하여 디옥세인-물 나노에멀션에서 옥스탈드 리펜닝을 모델링한다. 전기적 및 수화력, 방울 변형성, 初기 크기 분포를 포함한다. 입자의 입체 평균 반지름의 시간적 변화를 예측하며, 초기 크기 분포와 계면력이 에멀션 제조 후 수 분 내에 방울 성장 동역학에 크게 영향을 준다는 것을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 에멀션에서 계면력과 초기 방울 크기 분포가 옥스탈드 리펜닝에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 에멀션 안정성 시뮬레이션(ESS) 프레임워크를 옥스탈드 리펜닝 동역학을 포함하도록 확장하는 것.
• 초기 안정성 단계에서 디옥세인-물 에멀션의 입체 평균 반지름의 시간적 변화를 분석하는 것.
• 방울 변형성과 계면 상호작용이 리펜닝 동역학에 미치는 역할을 평가하는 것.
• 에멀션 제조 후 첫 번째 분 내에서의 입자 크기 분포 이동을 예측하는 시뮬레이션을 제공하는 것.

제안 방법

• 옥스탈드 리펜닝을 위한 리프시츠-슬료프-워거(Lifshitz-Slyozov-Wagner, LSW) 이론을 ESS 프레임워크에 적응시키는 것.
• 계면 에너지 영향을 시뮬레이션하기 위해 전기적 및 수화력을 ESS 잠재 에너지 모델에 통합하는 것.
• 다양한 초기 방울 크기 분포를 가진 디옥세인-물 나노에멀션의 시뮬레이션 수행.
• 시뮬레이션 환경에서 동적 형태 회복을 통해 방울 변형성을 모델링하는 것.
• 시간에 따라 방울 반지름을 추적하여 시간에 따른 입체 평균 반지름을 계산하는 것.
• 리펜닝 동역학에 대한 이론적 기대와 비교하여 시뮬레이션 결과의 타당성을 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 방울 크기 분포는 디옥세인-물 나노에멀션에서 입체 평균 반지름의 변화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 전기적 및 수화력은 나노에멀션에서 옥스탈드 리펜닝 속도에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 방울 변형성은 초기 단계의 에멀션 노화 동안 방울 융합 동역학에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 에멀션 제조 후 몇 분 이내에 방울 크기 분포는 어떻게 시간에 따라 변화하는가?
• RQ5 ESS 프레임워크는 옥스탈드 리펜닝 조건에서 방울 성장 동역학을 정확하게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 디옥세인-물 나노에멀션의 입체 평균 반지름은 시간이 지남에 따라 증가하며, 이는 옥스탈드 리펜닝 이론과 일치한다.
• 초기 방울 크기 분포는 에멀션 노화의 초기 단계에서 융합 속도와 정도에 크게 영향을 준다.
• 전기적 및 수화력은 계면 에너지를 조절하여 방울 성장 동역학에 영향을 준다는 것이 확인되었다.
• 방울 변형성은 경직된 구형 모델에 비해 더 빠른 회복과 다른 성장 동역학을 유도한다.
• 시뮬레이션 결과는 에멀션 제조 후 수 분 내에 방울 크기 분포의 측정 가능한 변화가 있음을 보여준다.
• 확장된 ESS 프레임워크는 현실적인 계면력 조건 하에서 입체 평균 반지름의 시간적 변화를 성공적으로 캡처하였다.