[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究将乳液稳定性模拟（ESS）应用于十二烷基苯/水纳米乳液中Ostwald熟化过程的建模，引入了静电作用力和溶剂化力、液滴形变性以及初始粒径分布。模拟结果预测了立方平均半径随时间的演化，表明初始粒径分布和界面作用力对乳化后数分钟内液滴生长动力学具有显著影响。

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.

研究动机与目标

• 研究界面作用力和初始液滴粒径分布对纳米乳液中Ostwald熟化的影响。
• 将乳液稳定性模拟（ESS）框架扩展，以包含Ostwald熟化动力学。
• 分析十二烷基苯/水乳液在早期稳定性阶段立方平均半径的时间演化。
• 评估液滴形变性和界面相互作用在熟化动力学中的作用。
• 提供乳化后最初几分钟内液滴粒径分布变化的预测性模拟。

提出的方法

• 将Ostwald熟化过程的Lifshitz-Slyozov-Wagner（LSW）理论适配至ESS框架。
• 在ESS势能模型中引入静电作用力和溶剂化力，以模拟界面能效应。
• 对具有不同初始液滴粒径分布的十二烷基苯/水纳米乳液进行模拟。
• 通过模拟环境中液滴的动态形状弛豫来建模液滴形变性。
• 采用液滴半径随时间的动态追踪，计算随时间演化的立方平均半径。
• 将模拟结果与Ostwald熟化动力学的理论预期进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 初始液滴粒径分布在多大程度上影响十二烷基苯/水纳米乳液中立方平均半径的演化？
• RQ2 静电作用力和溶剂化力在多大程度上影响纳米乳液中Ostwald熟化速率？
• RQ3 液滴形变性如何影响乳液早期老化阶段液滴粗化动力学？
• RQ4 乳化后最初几分钟内，液滴粒径分布如何随时间变化？
• RQ5 ESS框架能否准确预测Ostwald熟化条件下液滴的生长动力学？

主要发现

• 十二烷基苯/水纳米乳液的立方平均半径随时间增加，与Ostwald熟化理论一致。
• 初始液滴粒径分布显著影响乳液早期老化阶段的粗化速率和程度。
• 静电作用力和溶剂化力被发现可调节界面能，从而影响液滴生长动力学。
• 液滴形变性导致更快的弛豫行为，并改变生长动力学，与刚性球模型相比存在差异。
• 模拟结果表明，乳化后数分钟内液滴粒径分布即发生可测量的变化。
• 扩展后的ESS框架成功捕捉了在真实界面作用力条件下立方平均半径的时间演化。