بررسی اثر جریان مارانگونی و چینش مولکولی در پایداری فوم ایجاد شده توسط نانوذرات - مطالعه آزمایشگاهی

استفاده از نانو ذرات به‌همراه سورفکتانت برای تولید و پایدار کردن فوم می‌تواند باعث رفع محدودیت‌های استفاده از سورفکتانت شود و پایداری فوم را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. هدف اصلی مطالعه حاضر بررسی و پیدا کردن نحوه چینش نانوذرات و مولکول‌های سورفکتانت در سطح تماس و تاثیر جریان مارانگونی در پایداری فوم در حضور نانوذرات است. در این مطالعه، آزمایشات برای دو سیستم فوم مختلف: (1) نانوذرات آنیونی-سورفکتانت کاتیونی (ctab) و (2) نانوذرات آنیونی-سورفکتانت آنیونی (sds) انجام شدند. برای تعیین چینش مولکول‌های سورفکتانت و نانوذرات در سطح تماس و فیلم مایع و تعیین اثر مارانگونی نتایج این آزمایش‌ها با آزمایش‌های پایه متناظر در غیاب نانوذرات مقایسه شدند. مشاهدات نشان می‌دهند اگرچه حضور نانوذرات باعث افزایش پایداری فوم در هر دو سیستم می‌شود، اما مکانیسم‌های موثر در پایداری سیستم‌ها متفاوت هستند. براساس مشاهدات، حضور نانوذرات در سیستم فوم sds (همبار) باعث افزایش فوم‌زایی و پایداری فوم می‌شود، اما در سیستم فوم ctab (ناهمبار) علی‌رغم کاهش فوم‌زایی، پایداری فوم افزایش می‌یابد. بنابر مشاهدات ذکر شده در سیستم همبار موثرترین عامل در پایداری فوم، نیروهای دافعه هستند که مولکول‌های سورفکتانت بیشتری را به‌سطح تماس ارسال می‌کنند. تحلیل نتایج کشش سطحی نشان داد در این سیستم جریان مارانگونی با اثر منفی تخلیه مایع در اثر گرانش مقابله می‌کند و باعث پایداری فوم می‌شود. از سوی دیگر در سیستم ناهمبار حضور نانوذرات در سطح تماس با کاهش نفوذمولکولی و افزایش انرژی جدا کردن ذرات باعث افزایش پایداری فوم می‌شود. حضور نانوذرات در سطح تماس آن را به یک سطح جامد مانند تبدیل می‌کند و به‌علت الاستیسته بالای سطح جریان مارانگونی اتفاق نمی‌افتد.

investigation of the effect of marangoni flow and molecular arrangement on the stability of nanoparticlestabilized foam an experimental study

the main purpose of this study is to determine the molecular arrangement in lamella and the role of marangoni convection in foam stability in the presence of nanoparticles. experiments were conducted in two different foam systems of (1) anionic nanoparticlescationic surfactant (ctab) and (2) anionic nanoparticlesanionic surfactant (sds). observations showed that the effective mechanisms of stability are different. although nanoparticles increase the stability of both foam systems, the presence of nanoparticles in the likecharge system improves foamability. in contrast, in the unlikecharge system, foamability decreases with the increment of nanoparticle concentration. the most influential factor in the foam stability in the likecharge case is the repulsive force which sends more surfactant molecules to the interface. surface tension results demonstrate that marangoni flow restitutes the negative impact of gravity drainage and increases the foam stability. in contrast, in the unlikecharge system, the presence of nanoparticles at the interface increases detachment energy significantly, and as a result, the stability boosts. the accumulation of nanoparticles in the interface changes it to a solidlike and high elasticity surface; thus, marangoni flow is lost.