Dalam karya ini, sistem misel mirip cacing nanopartikel baru (NEWMS) diusulkan berdasarkan misel mirip cacing khas yang terdiri dari cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dan natrium salisilat (NaSal). Untuk memperkuat struktur misel mirip cacing, nanopartikel silika digunakan untuk merancang misel mirip cacing yang disempurnakan dengan nanopartikel. Stabilitas dan morfologi nanopartikel silika dipelajari oleh hamburan cahaya dinamis (DLS) dan mikroskop elektron transmisi (TEM) pada awalnya. Setelah pembentukan NEWMS, sifat reologi dibahas secara rinci. Viskositas geser nol NEWMS meningkat dengan penambahan nanopartikel silika. Pengukuran osilasi dinamis menunjukkan sifat viskoelastik NEWMS. Melalui perbandingan dengan misel mirip cacing asli, panjang belitan dan ukuran mata jaring NEWMS hampir tidak berubah, sedangkan panjang kontur meningkat dengan meningkatnya konsentrasi silika. Fenomena ini mengkonfirmasi peningkatan pengaruh nanopartikel silika pada misel mirip cacing. Mekanisme pembentukan NEWMS, terutama interaksi antara wormlike misel dan nanopartikel, diusulkan. Karya ini dapat memperdalam pemahaman novel NEWMS dan memperluas penerapannya.
Baru-baru ini, self-assembly surfaktan telah menerima perhatian penting dan pantas dalam banyak aplikasi eksperimental, teoritis, dan banyak industri. Surfaktan dapat merakit sendiri untuk membentuk agregat dengan struktur mikro yang berbeda. Pada konsentrasi di atas konsentrasi misel kritis (cmc), mereka biasanya membentuk misel berbentuk bola [1]. Dengan peningkatan konsentrasi lebih lanjut, molekul surfaktan dapat membentuk agregat dengan morfologi yang berbeda, seperti misel mirip batang, misel mirip cacing, vesikel, fase lamelar, dan kristal cair [2]. Di antara agregat ini dengan berbagai morfologi, misel mirip cacing viskoelastik penting untuk karakteristik khusus dan aplikasi yang luas, seperti meningkatkan perolehan minyak dengan rekahan, peredam tarik, dan produk perawatan kulit [3,4,5,6]. Misel mirip cacing adalah agregat panjang seperti benang dari surfaktan atau amfifil lainnya. Misel mirip cacing ini dapat terjerat satu sama lain untuk membentuk struktur jaringan, menunjukkan perilaku viskoelastik [7,8,9]. Dibandingkan dengan larutan polimer normal dengan fitur viskoelastik, misel seperti cacing dapat terus-menerus pecah, terbentuk kembali dalam proses kesetimbangan, dan bergabung kembali di bawah kondisi eksternal [7,11,, 10-12], seperti suhu, aditif hidrofobik, dan laju geser yang tinggi. Ketika misel mirip cacing ada pada suhu tinggi atau laju geser tinggi, struktur misel mirip cacing akan menjadi tidak stabil. Oleh karena itu, bagaimana meningkatkan stabilitas misel mirip cacing konvensional masih menjadi tantangan besar [13].
Untuk memperkuat struktur misel mirip cacing konvensional, beberapa kelompok telah melakukan banyak pekerjaan yang bermanfaat. Shashkina dkk. telah mempelajari sifat reologi misel mirip cacing dengan surfaktan kationik viskoelastik erucyl bis(hydroxyethyl)methylammonium chloride (EHAC) dengan penambahan poliakrilamida yang dimodifikasi secara hidrofobik [14]. Mereka mengamati polimer dapat menunjukkan kecenderungan peningkatan viskositas dibandingkan dengan komponen murni. Selain itu, misel mirip cacing yang dibuat oleh surfaktan gemini telah menjadi bidang penelitian yang hangat selama beberapa tahun. Untuk struktur khusus surfaktan gemini, misel mirip cacing yang dibentuk oleh surfaktan gemini dapat memiliki viskoelastisitas yang lebih baik daripada misel mirip cacing konvensional [15, 16]. Pei dkk. menggunakan surfaktan gemini anionik untuk membentuk misel mirip cacing, yang memiliki viskoelastisitas yang baik [17].
Dalam beberapa tahun terakhir, nanopartikel telah menerima banyak perhatian karena ukurannya yang kecil, menghasilkan banyak efek ukuran nano yang menarik. Penambahan nanopartikel sangat eksploratif untuk memperkenalkan perubahan signifikan dalam sifat makroskopik dan perilaku fase [4,19,, 18-20]. Baru-baru ini, beberapa peneliti telah mempelajari sifat reologi misel mirip cacing dengan penambahan partikel nano dan mengusulkan mekanisme interaksi antara partikel nano dan misel mirip cacing. Nettesheim dkk. telah meneliti viskoelastisitas misel mirip cacing yang terdiri dari setiltrimetilamonium bromida (CTAB) dan natrium nitrat (NaNO3 ) dengan bantuan nanopartikel silika, mengikuti model fluida Maxwell yang khas. Baik viskositas laju geser nol (η 0 ) dan waktu relaksasi (τ R ) larutan meningkat setelah penambahan nanopartikel silika [21]. Helgeson dkk. selanjutnya melakukan pengukuran struktural dan termodinamika di CTAB/NaNO3 larutan misel seperti cacing dalam nanopartikel silika encer. Mereka menemukan pembentukan sambungan misel-nanopartikel yang bertindak sebagai ikatan silang fisik antara misel [22], yang diamati dengan mikroskop elektron transmisi kriogenik (cryo-TEM). Luo dkk. menggunakan barium titanat (BaTiO3 ) nanopartikel untuk memodifikasi misel mirip cacing dengan asam lemak surfaktan anionik metil ester sulfonat natrium dan menyelidiki pengaruh berbagai faktor pada viskoelastisitas misel mirip cacing, seperti konsentrasi surfaktan, fraksi massa nanopartikel, dan suhu. Fan dkk. menemukan bahwa nanopartikel silika dapat menginduksi pertumbuhan misel dalam larutan misel mirip cacing NaOA (natrium oleat), meningkatkan viskositas massal [23]. Pletneva dkk. telah menyelidiki suspensi cerdas viskoelastik baru berdasarkan misel mirip cacing kationik dengan penambahan partikel magnetik submikron bermuatan berlawanan [24]. Fei dkk. menyelidiki potensi nanopartikel silika untuk menstabilkan busa di bawah kondisi suhu tinggi. Mereka menemukan bahwa SiO2 nanopartikel dan misel mirip cacing menunjukkan efek sinergis dalam hal reologi busa dan stabilitas, yang secara signifikan meningkatkan kemampuan suspensi proppant untuk aplikasi minyak bumi [25]. Namun, sejauh ini belum banyak penelitian tentang efek nanopartikel silika pada misel mirip cacing pada konsentrasi yang berbeda.
Dalam karya ini, sistem misel mirip cacing yang disempurnakan dengan nanopartikel (NEWMS) dipelajari. Misel mirip cacing konvensional dibentuk oleh CTAB dan natrium salisilat (NaSal), yang merupakan salah satu formula yang paling banyak digunakan saat ini [26, 27]. NEWMS dibuat dengan 50 mM CTAB dan 60 mM NaSal dengan penambahan nanopartikel silika. Hamburan cahaya dinamis (DLS) dan mikroskop elektron transmisi (TEM) digunakan untuk mempelajari nanofluida silika. Pengukuran reologi dilakukan untuk mengevaluasi sifat reologi NEWMS. Efek dari konsentrasi silika yang berbeda pada panjang belitan, ukuran mata jaring, dan panjang kontur misel mirip cacing diperjelas.
CTAB dan NaSal dibeli dari Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd., tanpa pemurnian lebih lanjut. Nanopartikel silika dengan diameter 7–40 nm dipasok oleh Aladdin Industrial Co., Ltd. Air disuling tiga kali.
Nanofluida silika dibuat hanya dengan mendispersikan nanopartikel silika dalam air pada fraksi massa yang berbeda, termasuk 0,1, 0,3, dan 0,5%. Setelah pencampuran dengan pengaduk mekanis pada 340 rpm selama 30 menit dan dispersi dengan dispersi ultrasonik selama 3 jam, nanofluida silika transparan disiapkan. NEWMS disiapkan sesuai dengan langkah-langkah berikut:nanofluida silika dianggap sebagai cairan dasar, yang digunakan untuk membuat larutan CTAB (100 mM) dan larutan NaSal (120 mM). Setelah menambahkan CTAB atau NaSal ke dalam nanofluida silika, larutan didispersikan dengan dispersi ultrasonik selama 10 menit pada suhu 35 °C. Kemudian, larutan CTAB dan larutan NaSal dicampur dalam volume yang sama. Setelah pencampuran selama 30 menit, NEWMS disiapkan. Selain itu, misel mirip cacing dari CTAB dan NaSal tanpa nanopartikel silika dianggap sebagai sampel kontras.
Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) dari nanopartikel silika dikarakterisasi menggunakan mikroskop JEOL (JEM-2100).
Pengukuran DLS dilakukan pada Zetasizer Nano ZS (Malvern, UK) dengan panjang gelombang sinar laser 633 nm dan sudut hamburan 90°. Sampel dipindahkan ke kolam sampel persegi, dan pengukuran diulang tiga kali. Semua pengukuran dilakukan pada 25 ± 0,1 °C.
Sifat reologi sampel diukur dengan menggunakan rheometer Haake Mars 60 dengan sistem pelat kerucut (diameter, 35 mm; sudut, 1°). Suhu dijaga pada 25 ± 0,05 °C dengan pengontrol suhu berbasis Peltier. Rentang laju geser dijaga dari 0,01 hingga 100 detik −1 selama pengukuran geser stabil. Dalam pengukuran osilasi, frekuensi dijaga pada 6,28 rad s −1 (1 Hz) dengan variasi tegangan (σ ). Ketika wilayah viskoelastik linier dikonfirmasi, pengukuran sapuan frekuensi dilakukan sebagai fungsi frekuensi pada tegangan konstan. Selain itu, sebelum pengukuran reologi, yang perlu diperhatikan adalah bahwa semua larutan misel mirip cacing dalam penelitian ini harus dimasukkan ke dalam termostat pada suhu 25 °C selama 24 jam, memastikan pembentukan misel dan stabilitas sambungan misel-partikel.
Pada awalnya, nanofluida silika dikarakterisasi dengan TEM dan DLS. Gambar TEM nanopartikel silika ditunjukkan pada Gambar 1. Dapat diamati bahwa sebagian besar nanopartikel tersuspensi dalam larutan memiliki ukuran yang seragam. Karena interaksi yang kuat antara nanopartikel, agregat silika yang lebih besar dikembangkan [4,29,, 28-30]. Tabel 1 mencantumkan ukuran rata-rata nanopartikel silika dan indeks polidispersitas (PDI) pada konsentrasi silika yang berbeda. Jelas bahwa ukuran rata-rata larutan nanopartikel silika menjadi lebih besar secara bertahap dengan meningkatnya konsentrasi, yang mencerminkan tingkat agregasi yang berbeda dari nanopartikel silika.
Mikrograf TEM dari nanopartikel silika
Potensi zeta larutan tercantum dalam Tabel 1. Menurut referensi, interaksi elektrostatik tolak-menolak antara nanopartikel dapat menjaga partikel dari seringnya tumbukan, agregasi, dan sedimentasi [4, 31]. Potensi zeta adalah perbedaan potensial antara media pendispersi dan lapisan stasioner fluida yang menempel pada partikel terdispersi, yang dikaitkan dengan stabilitas dispersi koloid [32,33,34]. Semakin besar nilai absolut dari potensial zeta, semakin stabil larutan tersebut. Seperti yang ditunjukkan, potensi zeta nanofluida pada 0,3% berat lebih tinggi daripada dua sampel lainnya, menunjukkan bahwa nanofluida silika 0,3% berat lebih stabil.
Untuk mempelajari pengaruh nanopartikel silika pada NEWMS, pengukuran geser fluida dilakukan terlebih dahulu. Viskositas NEWMS dengan laju geser yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 2. Pada laju geser rendah, viskositas dapat tetap konstan. Nilai viskositas dataran tinggi ini umumnya dianggap sebagai viskositas geser nol (η 0 ). Dengan meningkatnya laju geser, viskositas menjadi lebih kecil dan menunjukkan fenomena penipisan geser yang luar biasa, yang merupakan simbol khas pembentukan misel mirip cacing [7,36,37,38,, 35–39]. Sementara pada laju geser yang tinggi, penurunan viskositas dapat disebabkan oleh keselarasan misel mirip cacing, yang menghasilkan fenomena pita geser [18,41,, 40–42]. Melalui perbandingan, pada laju geser rendah, nilai viskositas dataran tinggi menjadi lebih besar dengan meningkatnya konsentrasi nanopartikel silika. Ini menunjukkan bahwa viskositas NEWMS sangat bervariasi tergantung pada konsentrasi silika.
Viskositas geser yang stabil dari larutan misel mirip cacing dengan penambahan fraksi massa silika yang berbeda pada 25 °∁
Untuk menyelidiki sifat viskoelastik, pengukuran osilasi reologi dinamis dilakukan. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3a, modulus penyimpanan G dan modulus kerugian G bervariasi dengan frekuensi osilasi dan semua NEWMS menunjukkan ciri khas misel mirip cacing. Pada frekuensi rendah, G jauh lebih besar dari G , yang menunjukkan bahwa misel mirip cacing memiliki sifat lebih kental [43,44,45,46,47]. Saat kecepatan geser tinggi, G lebih besar dari G , menunjukkan sifat yang lebih elastis. Dengan meningkatnya konsentrasi silika, nilai G dan G menjadi sedikit lebih besar di bawah frekuensi geser yang sama, menggambarkan bahwa penambahan nanopartikel silika mempengaruhi viskoelastisitas misel mirip cacing. Sampai pada frekuensi yang lebih besar, G mencapai modulus dataran tinggi G 0 . Sementara itu, G mencapai nilai minimum, ditentukan sebagai G mnt .
Variasi G (simbol yang diisi) dan G (simbol terbuka) dengan frekuensi geser dan plot Cole–Cole untuk NEWMS dengan konsentrasi silika yang berbeda pada 25 °∁
Untuk misel mirip cacing, model Maxwell umumnya digunakan untuk mempelajari sifat reologi. Modul G dan G dapat dihitung menurut Persamaan berikut. 1 dan 2 [48]:
$$ G^{\prime }=\frac{G_0{\omega}^2{\tau}_{\mathrm{R}}^2}{1+{\omega}^2{\tau}_{\ mathrm{R}}^2} $$ (1) $$ G^{{\prime\prime} }=\frac{G_0\omega {\tau}_{\mathrm{R}}}{1+{\ omega}^2{\tau}_{\mathrm{R}}^2} $$ (2)Plot Cole–Cole biasanya digunakan untuk mempelajari apakah G dan G cocok dengan model Maxwell dengan baik. Plot Cole–Cole (kurva G sebagai fungsi dari G ) dipelajari dari Persamaan berikut. 3 [48]:
$$ G^{{\prime\prime} }+{\left( G\prime -\frac{G_0}{2}\right)}^2={\left(\frac{G_0}{2}\right )}^2 $$ (3)Gambar 3b menunjukkan plot G versus G NEWMS dengan konsentrasi silika yang berbeda, di mana hasil eksperimen ditampilkan dalam titik dan garis padat dihitung dan dipasang sesuai dengan Persamaan. 3. Pada frekuensi rendah, plot percobaan cocok dengan plot Cole-Cole yang dihitung, mengikuti model Maxwell dengan baik. Namun, pada frekuensi geser tinggi, data eksperimen menyimpang dari setengah lingkaran di plot Cole-Cole. Fenomena ini dapat dikaitkan dengan mode relaksasi Rouse atau "mode pernapasan" [41, 49].
Untuk misel viskoelastik linier Maxwellian, waktu kerusakan τ istirahat jauh lebih sedikit daripada waktu reputasi τ perwakilan . istirahat dapat dihitung dari persamaan τ istirahat = ω −1 , di mana frekuensi ω sesuai dengan G mnt . Seperti yang ditunjukkan pada Persamaan. 4, parameter ini juga terkait dengan waktu relaksasi tunggal τ R .
Waktu relaksasi τ R merupakan parameter reologi penting untuk mengevaluasi sifat misel mirip cacing, yang dapat dihitung menurut Persamaan berikut. 5 diusulkan oleh Cates [1]:
$$ {\tau}_{\mathrm{R}}=\sqrt{\tau_{\mathrm{rep}}{\tau}_{\mathrm{break}}} $$ (4) $$ {\tau }_{\mathrm{R}}=\frac{\eta_0}{G_{\infty}^{\prime }} $$ (5)G ∞ dapat dihitung dari persamaan G ∞ = 2 G maks , di mana G maks adalah modulus while G sama dengan G . Selain itu, ukuran jaring ξ M , panjang belitan l e , panjang persistensi l p , dan panjang kontur L adalah parameter penting untuk mengukur misel mirip cacing di NEWMS. Elastisitas karet berhubungan dengan ukuran mata jaring ξ M langsung ke modulus dataran tinggi dan kepadatan jaringan ν sebagai [1, 48]
$$ {G}_{\infty}^{\prime }=v{k}_B T\propto \frac{k_B T}{\xi_{\mathrm{M}}^3} $$ (6)Nilai k B adalah 1,38 × 10 −23 J/K sebagai konstanta Boltzman. T adalah suhu mutlak, yang nilainya adalah 298 K dalam pekerjaan ini. Modulus kerugian minimal terkait dengan panjang kontur L dan panjang keterikatan l e , yang ditunjukkan sebagai Persamaan. 7. Panjang belitan berhubungan dengan ukuran mata jaring ξ M dan panjang persistensi l p oleh Persamaan. 8 [48, 50].
$$ \frac{G_{\infty}^{\prime }}{G_{\min}^{{\prime\prime} }}\approx \frac{L}{l_{\mathrm{e}}} $ $ (7) $$ {l}_e=\frac{\xi_M^{5/3}}{l_p^{2/3}} $$ (8)Di sini, l p diatur 15–25 nm menurut referensi sebelumnya [44]. Di atas segalanya, perhitungan parameter ini tercantum dalam Tabel 2.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, menambahkan fraksi massa nanopartikel yang berbeda tidak mengubah modulus dataran tinggi secara signifikan. Sedikit peningkatan waktu relaksasi τ R secara bertahap diamati dengan penambahan nanopartikel silika. Pengukuran τ istirahat tidak menunjukkan perubahan yang signifikan. Menurut Persamaan. 1, peningkatan yang diamati dalam τ R dengan penambahan nanopartikel terutama karena peningkatan τ perwakilan . Seperti ditunjukkan pada Gambar. 4, penambahan nanopartikel silika memang mempengaruhi sifat NEWMS, yang tercermin dalam waktu relaksasi τ R dan viskositas geser nol η 0 . Melalui perhitungan, nilai parameter l e dan ξ M tidak menunjukkan perubahan besar dengan menambahkan nanopartikel. Sedangkan panjang kontur L menunjukkan tren yang meningkat dengan meningkatnya konsentrasi silika. Ini mungkin alasan mengapa τ R meningkat setelah menambahkan nanopartikel silika.
Ketergantungan viskositas geser nol η 0 dan waktu relaksasi τ R pada konsentrasi nanopartikel silika pada 25 °∁
Menurut penelitian sebelumnya, mekanisme peningkatan viskositas dengan penambahan nanopartikel belum dapat diidentifikasi. Bandyopadhyay dan Sood mengusulkan bahwa peningkatan viskositas dihasilkan dari penyaringan elektrostatik tambahan melalui kontribusi nanopartikel silika terhadap konsentrasi ion curah [51]. Helgeson dkk. mengusulkan bahwa penambahan nanopartikel tidak hanya mengubah perilaku listrik permukaan molekul misel tetapi juga membentuk jenis baru struktur misel ikatan silang fisik, yang bisa juga disebut "jaringan ganda" [22].
Dalam karya ini, peningkatan viskoelastisitas misel terlihat, yang tercermin dalam peningkatan η 0 , τ R , dan L . Mempertimbangkan interaksi hidrofilik antara headgroup dan nanopartikel silika hidrofilik, penutup ujung misel mirip cacing dapat menyerap pada permukaan nanopartikel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, misel mirip cacing dapat tumbuh linier dengan penambahan surfaktan karena energi pembentukan ujung yang tidak menguntungkan relatif terhadap silinder. Saat menambahkan nanopartikel silika, nanopartikel dapat berasosiasi dengan ujung misel mirip cacing, membentuk sambungan misel-partikel. Sambungan misel-nanopartikel ini ada di misel seperti titik sambungan, meningkatkan keterjeratan karena misel yang tumpang tindih. Selain itu, sambungan misel-nanopartikel dapat secara signifikan menjerat lebih banyak misel, menciptakan viskoelastisitas ekstra. Partikel dengan junction dianggap dapat bergabung dengan struktur antara dua misel, menyebabkan misel yang lebih panjang dan lebih efisien. Dengan peningkatan konsentrasi silika, dapat dianggap bahwa jumlah sambungan misel-nanopartikel akan meningkat, yang selanjutnya meningkatkan viskositas NEWMS. Selain itu, adsorpsi hemispherical endcaps dari misel pada permukaan nanopartikel silika dapat mengubah sifat listrik antara misel, yang mengakibatkan peningkatan belitan misel.
Ilustrasi mekanisme yang diusulkan dari jaringan cross-linking kompleks yang dibangun oleh misel mirip cacing dan nanopartikel silika
Sebagai kesimpulan, sebuah novel NEWMS dengan 50 mM CTAB dan 60 mM NaSal dengan bantuan nanopartikel silika diusulkan. Sifat reologi menunjukkan bahwa NEWMS memiliki viskositas yang lebih tinggi dan viskoelastisitas yang lebih baik daripada misel mirip cacing konvensional tanpa nanopartikel silika. Penambahan nanopartikel silika dapat menyebabkan perubahan yang luar biasa untuk viskositas geser-nol dan waktu relaksasi. Selain itu, sedikit peningkatan dapat diamati dari perhitungan panjang kontur misel mirip cacing. Pembentukan sambungan misel-nanopartikel meningkatkan keterjeratan misel mirip cacing dan menciptakan viskoelastisitas ekstra. Karya ini dapat mengembangkan lebih lanjut pengetahuan tentang mekanisme antara misel mirip cacing dan nanopartikel.
Konsentrasi misel kritis
Mikroskop elektron transmisi kriogenik
Hamburan cahaya dinamis
Sistem misel mirip cacing yang disempurnakan dengan nanopartikel
Mikroskop elektron transmisi
bahan nano
Di Hirsh Precision Products, budaya didasarkan pada menjalankan bisnis dengan integritas dan nilai inti kepercayaan, keyakinan, dan komitmen Dari pin lokasi sederhana hingga manifold cairan kompleks, setiap bagian yang diproduksi dimulai sebagai sebuah ide. Toko Colorado mewujudkan konsep pelangga
Sistem hidraulik yang disegel secara permanen yang tidak pernah bocor adalah konsep luar biasa yang akan sayangnya tidak pernah terjadi. Insinyur mencoba yang terbaik untuk menghilangkan kebocoran hidraulik dalam sistem yang mereka rancang. Meskipun banyak kemajuan di bidang sistem hidrolik, kinerja
Jika Anda adalah produsen yang ingin membawa proses perusahaan Anda ke tingkat berikutnya, Anda harus mempertimbangkan untuk berinvestasi setidaknya dalam satu sistem robot yang bagus untuk fasilitas Anda, jika tidak lebih. Sistem robot terdiri dari satu atau lebih robot, pengontrol, liontin pengaja
Sistem robot membawa banyak manfaat bagi produsen dalam bentuk peningkatan kecepatan produksi, kualitas produk, dan efisiensi secara keseluruhan. Namun, investasi awal bisa sangat besar untuk perusahaan dengan ukuran apa pun, dan tampaknya sulit untuk membenarkan biaya sebesar $80.000 hingga $125.00
