소식

Jul 12, 2023

연구실 개발

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6421(2023) 이 기사 인용

316 액세스

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측정항목 세부정보

액체질소와 같은 극저온 액체는 엔지니어링, 식품 및 제약 산업의 다양한 공정과 관련이 있습니다. 그러나 주변 조건에서 강한 증발로 인해 실험실 목적 및 실험을 위한 취급은 지금까지 번거롭습니다. 현재 연구에서는 액체 질소 공급 장치에 대한 독창적인 설계 접근 방식을 개발하고 세부적으로 특성화했습니다. 이 장치를 사용하면 자체 증기나 성에로 액체가 오염되지 않고 가압된 듀어 플라스크에서 피하 주사 바늘로 순수한 액체 질소가 공급되며, 최종적으로는 액체가 아닌 액체를 처리하는 것과 유사한 방식으로 자유 액체 제트 또는 단일 액적을 생성할 수 있습니다. 주사기와 피하 주사 바늘을 사용하는 극저온 액체. 중력으로 인해 바닥 출구에 액적이 형성되는 액체 질소 저장소에 주로 의존하는 과학적 연구에서 액체 질소 액적을 생성하기 위한 이전 접근 방식과 비교할 때, 현재 설계는 훨씬 더 나은 방식으로 액적 및 자유 액체 제트를 생성할 수 있습니다. 통제되고 더 유연한 방식. 이 장치는 자유 액체 제트가 생성되는 동안 다양한 작동 조건에 대해 실험적으로 특성화되었으며 실험실 연구 목적을 위한 다용도성이 추가로 간략하게 입증되었습니다.

자연과 공학의 다양한 프로세스에 대한 중요성으로 인해 액적 역학, 보다 구체적으로 액적 충격은 거의 150년 동안 실험적으로 광범위하게 연구되었습니다1,2. 액적 생성을 위해서는 주사기와 부착된 피하 주사바늘만으로도 필요한 곳에 액적을 배치할 수 있습니다. 물방울은 중력으로 인해 바늘에서 단순히 분리됩니다. 액적 크기는 바늘 크기에 따라 달라지며 이론적으로 바늘 직경에 따라 선형적으로 확장됩니다. 바늘이 분리되는 순간 올바른 위치에 있으면 이러한 간단한 접근 방식만으로도 물방울 충격 실험을 수행하기에 충분할 수 있습니다. 그러나 제어된 액적 생성 빈도 또는 액적 크기를 달성하거나 비뉴턴 액체를 처리하는 경우와 같은 보다 정교한 목적을 위해 지난 수십 년 동안 액적 생성기에 대한 수많은 설계 접근 방식이 문헌에 보고되었습니다3,4,5,6,7 ,8. 이는 특정 산업 응용 분야에서 특정 목적을 충족하도록 설계되었거나, 물방울과 주변 환경의 상호 작용과 관련된 기본 사항을 연구하기 위해 실험실 환경에서 사용됩니다. 그러나 앞서 언급한 모든 것은 비극저온 액체에만 관련된 것입니다. 기본적으로 주사기와 바늘이면 액적 생성에 충분하지만, 주어진 응용 분야에서 발생하는 특정 요구 사항을 충족하는 액적 생성기 설계에 눈에 띄는 노력이 투자되었습니다.

이전에 기초하여 액체 질소와 같은 극저온 액체로부터 액적 생성을 실제로 가능하게 하는 시스템 개발에 투자된 노력을 정당화하기 위해 추가 설명이 필요하지 않습니다. 극저온 액체, 즉 주변 압력에서 끓는점 온도가 −150\(\,^\circ \)C 미만인 액체는 엔지니어링, 식품 및 제약 산업과 같은 다양한 분야에서 사용됩니다. 극저온 액체는 주변 조건에서 취급할 때 영구적으로 끓기 때문에 다소 독특한 동작을 나타냅니다. 특히 극저온 액체와 더 높은 온도에 있는 다른 액체 또는 고체의 상호 작용은 부분적으로 서로 상호 작용하고 잠재적으로 이들이 관련된 기술 프로세스를 제어하는 ​​다양한 물리적 프로세스와 관련되어 있습니다. 기본적으로 기술 및 의료 응용 분야에 대한 활용이 증가하는 반면 극저온 액체에 대한 지속적인 연구에 동기를 부여하지만 주변 조건에서 지속적인 증발로 인해 실험 처리가 엄청나게 복잡해집니다. 이는 특히 비극저온 액체에 대해 잘 확립된 액적 생성에 대한 고전적인 접근 방식을 사용하는 것을 방지합니다. 상업적인 해결책이 존재하기는 하지만 지금까지 극저온 액체로부터 액적의 생성에 관해 문헌에 보고된 것은 거의 없습니다. 그러나 특히 과학 연구에 사용되는 액체 질소의 경우 지금까지 액적은 액체 질소를 위한 고정되고 절연된 저장소에서 액체를 떨어뜨림으로써 대부분 생성되었습니다9,10,11,12. 액체의 유연성과 제어 가능성이 제한되어 있기 때문에 접근 방식이 제한적입니다.