Formation and dynamics of droplets in a magnetic fluid in microchannels in an inhomogeneous magnetic field of ring magnet

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We studied the dynamics of non-magnetic droplets in magnetic liquids in microchannels with a “flow focusing” configuration under the action of an inhomogeneous magnetic field of an annular magnet. Two types of multiphase systems were studied: non-magnetic emulsions “oil in water”, “water in oil”, as well as “water in oil in water” and magnetic direct emulsions in which the magnetic liquid was used as a continuous phase. The dependences of the sizes of the generated non-magnetic inclusions on the flow rate of the continuous magnetic phase and the displacement of the magnetic field source relative to the dispersed phase supply connector horizontally along the channel axis are obtained.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. A. Kalyuzhnaya

Southwest State University

Email: r-piter@yandex.ru
Russian Federation, Kursk

E. A. Sokolov

Southwest State University

Email: r-piter@yandex.ru
Russian Federation, Kursk

G. A. Zhukov

Southwest State University

Email: r-piter@yandex.ru
Russian Federation, Kursk

P. A. Ryapolov

Southwest State University

Author for correspondence.
Email: r-piter@yandex.ru
Russian Federation, Kursk

References

  1. Han W., Chen X. // J. Brazil. Soc. Mech. Sci. Eng. 2021. V. 43. No. 5. P. 247.
  2. Ren K., Zhou J., Wu H. // Acc. Chem. Res. 2013. V. 46. No. 11. P. 2396.
  3. Bremond N., Bibette J. // Soft Matter. 2012. V. 8. No. 41. P. 10549.
  4. Seemann R. Brinkmann M., Pfohl T. et al. // Rep. Progr. Phys. 2011. V. 75. No. 1. Art. No. 016601.
  5. Baret J.C. // Lab on a Chip. 2012. V. 12. No. 3. P. 422.
  6. Shui L., Eijkel J.C.T., Van den Berg A. // Adv. Coll. Interface Sci. 2007. V. 133. No. 1. P. 35.
  7. Nakashima T., Shimizu M., Kukizaki M. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2000. V. 45. No. 1. P. 47.
  8. Mason T.G., Bibette J. // Langmuir. 1997. V. 13. No. 17. P. 4600.
  9. Zhao Z., Wang Z., Li G. et al. // Adv. Funct. Mater. 2021. V. 31. No. 31. Art. No. 2103339.
  10. Zhang Y., Nguyen N.T. // Lab on a Chip. 2017. V. 17. No. 6. P. 994.
  11. Розенцвейг Р.Е. Феррогидродинамика. М.: Мир. 1989. 240 c.
  12. Liang D., Ma P., Zhu C. et al. // IEC Res. 2019. V. 58. No. 41. P. 19226.
  13. Dunne P., Adachi T., Dev A.A. et al. // Nature. 2020. V. 581. No. 7806. P. 58.
  14. Toussaint R., Akselvoll J., Helgesen G. et al. // Phys. Rev. 2004. V. 69. Art. No. 011407.
  15. De Gans B., Duin N., Van den Ende D. et al. // J. Chem. Phys. 2000. V. 113. P. 2032.
  16. Bashtovoi V., Kovalev M., Reks A. // J. Magn. Magn. Mater. 2005. V. 289. P. 350.
  17. Диканский Ю.И., Закинян А.Р. // ЖТФ. 2010. Т. 80. № 8. С. 8; Dikansky Yu.I., Zakinyan A.R. // Tech. Phys. 2010. V. 55. No. 8. P. 1082.
  18. Katsikis G., Breant A., Rinberg A. et al. // Soft Matter. 2018. V. 14. No. 5. P. 681.
  19. Banerjee U., Mandal C., Jain S.K. // Proc. 46th National Conf. FMFP (Coimbatore, 2019). P. 1.
  20. Huang X., Saadat M., Bijarchi M.A. et al. // Chem. Eng. Sci. 2023. V. 270. Art. No. 118519.
  21. Соколов Е.А., Калюжная Д.А., Васильева А.О., и др. // Изв. ЮЗГУ Сер. тех. и технол. 2022. Т. 12. № 1. С. 118.
  22. Kalyuzhnaya D., Sokolov E., Vasilyeva A. et al. // Fluids. 2023. V. 8. No. 2. Art. No. 42.
  23. Ряполов П.А., Соколов Е.А., Шельдешова Е.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 3. С. 343; Ryapolov P.A., Sokolov E.A., Shel’deshova E.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 3. P. 295.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental setup: external appearance (a); block diagram (b): 1 — microfluidic device, 2 — ring permanent magnet, 3,4 — syringe pump, 5 — digital microscope, 6 — illuminator, 7 — computer, 8 — mechatronic drive.

Download (189KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Configuration of microfluidic devices: chip for single emulsions (a): 1 — connector for feeding the continuous phase, 2 — connector for feeding the dispersed phase, 3 — output connector; chip for double emulsions (b): 1 — connector for feeding the external phase. The region of magnetic levitation at the zero position of the ring magnet is highlighted in green, 2 — connector for feeding the middle phase, 3 — connector for feeding the internal phase, 4 — output connector.

Download (51KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spatial distribution of isolines of the modulus of the inhomogeneous magnetic field in the Cartesian coordinate system, the center of which is the center of symmetry of the magnet: for Magnet 1 (a); for Magnet 2 (b).

Download (402KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Emulsions in microchannels: single direct emulsion (a); single inverse emulsion (b); double emulsion “water/oil/water” [22] (c).

Download (164KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dynamics of mineral oil droplets in a sample of magnetic fluid МЖ-1 at different feed rates of the continuous phase q1 under the action of the magnetic field of the ring Magnet1, located in the zero position relative to the connector for feeding the dispersed phase into the microchannel.

Download (143KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependences of the volume of oil droplets in a microfluidic chip: on the flow rate of magnetic fluid МЖ-1 (a); on the movement of magnets (b).

Download (54KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the volume of mineral oil drops on the movement of magnets for a sample of magnetic fluid МЖ-2.

Download (24KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».