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Leidenfrost Effect‐Induced Chaotic Vortex Flow for Efficient Mixing of Highly Viscous Droplets

雷登弗罗斯特效应 材料科学 混合(物理) 混乱的 混沌混合 流量(数学) 涡流 机械 粘性液体 经典力学 传热 核沸腾 物理 传热系数 计算机科学 人工智能 量子力学
作者
Minjie Liu,Bingqiang Ji,Chaoqun Dang,Fuwang Zhao,Chao Zhang,Yuankai Jin,Mengnan Jiang,Yang Lü,Hui Tang,Steven Wang,Zuankai Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202409192
摘要

Efficiently mixing highly viscous liquids in microfluidic systems is appealing for green chemistry such as chemical synthesis and catalysis, but it is a long-standing challenge owing to the unfavorable diffusion kinetics. In this work, a new strategy is explored for mixing viscous droplets by harnessing a peculiar Leidenfrost state, where the substrate temperature is above the boiling point of the liquid without apparent liquid evaporation. Compared to the control experiment where the droplet stays at a similar temperature but in the contact boiling regime, the mixing time can be reduced significantly. Moreover, it is demonstrated that the liquid mixing originates from the chaotic convection flow in the Leidenfrost droplet, characterized by the internal vortex motion evidenced by the microscale visualization. A correlation between mixing time and droplet volume is also proposed, showing a good agreement with experimental results. It is further shown that Leidenfrost droplets can be used to synthesize nanoparticles of the desired morphology, and it is anticipated that this simple and scalable fabrication approach will find applications in the biological, pharmaceutical, and chemical industries.
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