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Des chercheurs mettent au point un système de réacteur à flux continu avec du métal liquide

Une goutte de métal liquide à une température légèrement supérieure à la température ambiante peut être utilisée comme pompe en microfluidique, selon des chercheurs de l’université de New South Wales Sydney.

Le gallium et les alliages de gallium conviennent. Ces derniers « sont des matériaux attrayants en raison de leurs propriétés électriques, thermiques et fluidiques uniques », selon l’université. Ils « présentent un point de fusion bas, une non-toxicité et une forme contrôlable ».

Le blob métallique dans la chambre façonnée s’étend le long du passage vers la contre-électrode  sous l’influence de la tension. Puis, il se contracte une fois la polarisation supprimée.

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À mesure que la goutte s’étend, un gradient de tension de surface se forme autour d’elle. Ce qui entraîne le fluide violet entre la goutte et les parois à se précipiter vers la gauche. Aucun effet piston ne le pousse vers la droite.

« Fait intéressant, le flux formé autour du noyau métallique liquide, appelé flux de Marangoni lorsqu’on applique une tension externe, élimine le besoin de pièces mobiles et s’appuie plutôt sur la tension de surface pour effectuer le pompage du flux », selon l’université.

« Il ne comporte aucune pièce mécanique. Il est donc facile à mettre à l’échelle pour une commercialisation », a ajouté Mohannad Mayyas, ingénieur chimiste de l’UNSW.

L’équipe l’utilise pour déclencher une réaction chimique dans le fluide environnant.

« On peut facilement intégrer le métal liquide dans un canal fluidique pour construire le réacteur à flux continu », selon son collègue Jialuo Han. Le métal liquide lui-même peut produire spontanément des matériaux à sa surface. Le matériau est repoussé loin de sa surface avec l’application d’une tension externe.

Réacteur à flux continu avec métal liquide : Une preuve de concept

Points forts

  • Démonstration d’un réacteur à flux continu basé sur une gouttelette de métal liquide de gallium.
  • La gouttelette de métal liquide favorise le pompage de la solution et la réaction chimique en continu.
  • Les paramètres du signal électrique affectent les performances de pompage et la qualité des produits.

Résumé

Les réacteurs à flux continu sont utilisés dans une grande variété de processus chimiques et biologiques. Cependant, les problèmes de pompes mécaniques et le manque de composants réactifs sont les défis actuels dans la mise en place des réacteurs à flux contemporains.

Les chercheurs présentent ici une preuve de concept de réacteur à flux continu à base de métal liquide qui peut promouvoir à la fois le transport de masse et les réactions. Ils montrent ainsi qu’un système fonctionnant en continu basé sur une gouttelette de gallium métallique peut pomper une solution contenant des réactifs, tout en permettant spontanément à une réaction de se produire à l’interface de la gouttelette métallique.

Des exemples de modèles sont démontrés pour générer du Mn3O4, du MoS2 et de l’oxyde de graphène réduit. Le système se caractérise à différents voltages et fréquences pour montrer la gamme de ses performances, tandis que la caractérisation des matériaux produits montre les qualités contrôlées des matériaux synthétisés et les propriétés du réacteur à flux. Le réacteur à flux continu proposé peut trouver de nombreuses applications dans les industries alimentaire, chimique et pharmaceutique.

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