We studied the effect of microchannel materials on the apparent viscosity of silicone oils and glycerol-water mixtures using two different experiments: rheometer and pressure drop measurement along microchannels. The first approach was a direct measurement of the apparent viscosity on PDMS, glass, and steel substrates using a rheometer. Then, we measured the pressure drop of test liquids along microchannels made of PDMS, glass, and steel while the flow rate was controlled by the syringe pump. The apparent viscosity was calculated from the measured pressure drop using a theoretical model. In both experiments, we found the apparent viscosity of silicone oils on PDMS materials is higher than glass and steel materials by 10 mPa·s and 40 mPa·s for 100 cSt and 500 cSt silicone oils respectively. In contrast, the apparent viscosity of glycerol-water mixtures shows insignificant deviation on PDMS channels compared to other materials. These results show that the deviation of the apparent viscosity of silicone oils in PDMS materials cannot be neglected especially for applications where the conventional microfluidic channels are made of PDMS and the silicone oils are used as a working fluid. Finally, we also observed this similar effect from the spreading droplet experiment of silicone oil on different substrate materials. The result shows that a silicone-oil droplet slowly spreads on PDMS substrates compared to the steel and glass substrates. In conclusion, our experimental results suggest that silicone oils and PDMS are interacting in a peculiar way which should be explored further in the near future.
우리는 레오미터와 마이크로 채널 내부 압력 강하 측정이라는 두 가지 다른 실험을 사용하여 실리콘 오일과 글리세롤-물 혼합물의 겉보기 점도에 대한 마이크로 채널 구성 물질의 효과를 연구했습니다. 첫 번째 접근법은 레오 미터를 사용하여 PDMS, 유리 및 강철 기판의 겉보기 점도를 직접 측정하는 것이었습니다. 그런 다음 PDMS, 유리 및 강철로 만들어진 마이크로 채널을 따라 테스트 액체의 압력 강하를 측정했으며 유량은 주사기 펌프로 제어했습니다. 이론적 모델을 사용하여 측정된 압력 강하로부터 겉보기 점도를 계산했습니다. 두 실험에서 실리콘 오일의 겉보기 점도가 PDMS를 사용하는 경우 유리 및 강철의 경우보다 100cSt 및 500cSt 실리콘 오일에 대해 각각 10mPa · s 및 40mPa · s 더 높다는 것을 발견했습니다. 대조적으로, 글리세롤-물 혼합물의 겉보기 점도는 다른 물질에 비해 PDMS 채널에서 무의미한 편차를 나타냅니다. 이러한 결과는 전형적인 PDMS로 만들어진 미세 유체 채널과 실리콘 오일이 사용되는 응용 분야에서 실리콘 오일의 겉보기 점도 편차를 무시할 수 없음을 보여줍니다. 마지막으로, 우리는 여러 다른 기판 재료에 대해 진행한 실리콘 오일의 액적 확산실험에서 이와 유사한 효과를 관찰했습니다. 결과는 실리콘 오일 방울이 강철 및 유리 기판에 비해 PDMS 기판에서 더 천천히 퍼짐을 보여줍니다. 결론적으로, 우리의 실험 결과는 실리콘 오일과 PDMS가 독특한 방식으로 상호 작용하고 있음을 시사하며 앞으로 더 자세히 연구돼야 합니다.
