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Chemical Garden Membranes in Temperature-Controlled Microfluidic Devices
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-02-08 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c03548 Qingpu Wang 1 , Oliver Steinbock 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-02-08 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c03548 Qingpu Wang 1 , Oliver Steinbock 1
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Thin-walled tubes that classically form when metal salts react with sodium silicate solution are known as chemical gardens. They share similarities with the porous, catalytic materials in hydrothermal vent chimneys, and both structures are exposed to steep pH gradients that, combined with thermal factors, might have provided the free energy for prebiotic chemistry on early Earth. We report temperature effects on the shape, composition, and opacity of chemical gardens. Tubes grown at high temperature are more opaque, indicating changes to the membrane structure or thickness. To study this dependence, we developed a temperature-controlled microfluidic device, which allows the formation of analogous membranes at the interface of two coflowing reactant solutions. For the case of Ni(OH)2, membranes thicken according to a diffusion-controlled mechanism. In the studied range of 10–40 °C, the effective diffusion coefficient is independent of temperature. This suggests that counteracting processes are at play (including an increased solubility) and that the opacity of chemical garden tubes arises from changes in internal morphology. The latter could be linked to experimentally observed dendritic structures within the membranes.
中文翻译：
温控微流控设备中的化学花园膜
金属盐与硅酸钠溶液反应时通常形成的薄壁管被称为化学园。它们与热液排放烟囱中的多孔催化材料具有相似之处，并且两种结构都暴露于陡峭的pH梯度下，再加上热因素，可能为地球早期的益生元化学提供了自由能。我们报告了温度对化学园的形状，组成和不透明度的影响。在高温下生长的试管更加不透明，表明膜结构或厚度发生了变化。为了研究这种依赖性，我们开发了一种温度控制的微流体装置，该装置允许在两种同流反应物溶液的界面处形成类似的膜。对于Ni（OH）2膜根据扩散控制机制增厚。在研究的10–40°C范围内，有效扩散系数与温度无关。这表明抵消作用正在发挥作用（包括增加的溶解度），并且化学花园管的不透明性是由于内部形态的变化引起的。后者可以与膜内实验观察到的树突结构相连。
更新日期：2021-02-23
中文翻译：
温控微流控设备中的化学花园膜
金属盐与硅酸钠溶液反应时通常形成的薄壁管被称为化学园。它们与热液排放烟囱中的多孔催化材料具有相似之处，并且两种结构都暴露于陡峭的pH梯度下，再加上热因素，可能为地球早期的益生元化学提供了自由能。我们报告了温度对化学园的形状，组成和不透明度的影响。在高温下生长的试管更加不透明，表明膜结构或厚度发生了变化。为了研究这种依赖性，我们开发了一种温度控制的微流体装置，该装置允许在两种同流反应物溶液的界面处形成类似的膜。对于Ni（OH）2膜根据扩散控制机制增厚。在研究的10–40°C范围内，有效扩散系数与温度无关。这表明抵消作用正在发挥作用（包括增加的溶解度），并且化学花园管的不透明性是由于内部形态的变化引起的。后者可以与膜内实验观察到的树突结构相连。
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