Một đặc tính đáng quan tâm của các hạt nano là khảnăng di chuyển đến bề mặt liên diện giữa hai pha lỏng – lỏng, lỏng – khí và làm ổn định, làm bền nhũ đã được các nhà khoa học tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng trong những năm qua [19]. Những hạt nano tác động lên BMLD giữa hai pha lỏng – lỏng hoặc lỏng –khí như những hạt keo, chúng có xu hướng sắp xếp tại đó, gia tăng áp lực lên bề mặt tiếp xúc, bề mặt bị co ngót dẫn đến giảm diện tích bề mặt, do đó giảm sức căng bề mặt giữa các giọt chất lỏng với pha không hòa tan. Hơn nữa, trên bề mặt các giọt chất lỏng không hòa tan xuất hiện các hạt nano ngăn sự kết hợp giữa các giọt lại với nhau đồng nghĩa với việc làm bền nhũ [20]. Trong điều kiện tĩnh, các hạt nano hoạt động dựa trên sự chi phối bởi các lực theo thuyết DLVO (được gọi theo tên 4 nhà khoa học là Derjaguin, Landau, Verwey và Overbeek), giải thích sự tập hợp của các dạng phân tán trong dung dịch nước theo sốlượng và mô tả các lực giữa các bề mặt tích điện tương tác qua một môi trường lỏng, tuy nhiên một lý thuyết DLVO chưa đủ để mô tả các kết quả thực nghiệm, một sốtương tác không có trong DLVO như tương tác lập thể (steric), thủy hợp (hydrat hóa) và các tương tác thủy động lực học cần được thêm vào để diễn tảrõ hơn tương tác của giữa các hạt –không khí/nước [21].
Rodriguez cùng các cộng sựđã nghiên cứu và thấy rằng các hạt nano silica biến đổi bề mặt có thể dễ dàng di chuyển trong đá trầm tích, các hạt được lưu giữ trên bề mặt được lý giải bằng cơ chế hấp phụ thuận nghịch trên vách lỗ xốp bởi lực Van der Waals giữa các hạt/đá trên vách lỗ xốp và giải hấp bằng lực khuếch tán Brown của các hạt nano [22]. Họ thấy rằng khi các hạt hấp phụ lên bề mặt đá chứa dầu sẽlàm thay đổi góc tiếp xúc của dầu với bề mặt đá, do đó dầu sẽ dễ dàng bị đẩy ra bởi chất lưu. Trong nghiên cứu của mình, Engeset đã thấy rằng các hạt có kích thước rất bé có thể xâm nhập vào không gian các lỗ xốp, điều đơn giản mà các kỹ thuật thu hồi thông thường chưa thể thực hiện được [23]. Ông cũng đã giải thích các hạt nano có thểđược điều chỉnh để thay đổi một số tính chất
13
của đá vỉa như cải thiện tỉ sốlinh động, tính dính ướt bề mặt, kiểm soát quá trình sa lắng vật liệu.
Một cơ chếkhác được đề xuất bởi Wasan và Nikolov sau khi khảo sát bằng toán học giải thích khảnăng đẩy dầu khỏi bề mặt rắn là do năng lượng trải dài hình thành khi các hạt nano tự sắp xếp thành lớp trên bề mặt, có hình dạng như cái nêm len lỏi vào liên diện, thay đổi tính dính ướt của bề mặt [24] ( hình 1.4). Các hạt cấu trúc nano len lỏi và sắp xếp theo hình cái nêm làm tăng áp lực phá hủy cấu trúc (một lực thông thường tương tác với bề mặt liên diện) khi các hạt càng tiến lại gần đỉnh của cái nêm, dẫn đến áp lực phá hủy cấu trúc càng lúc càng tăng (hình 15), bề mặt liên diện dầu –lưu chất nano di chuyển đến và lưu chất sẽ trải dài lên bề mặt đá, đẩy dầu ra khỏi đá (hình 1.4), độ lớn của áp lực này phụ thuộc vào kích thước hạt, phần thể tích của các hạt, độđa phân tán và chất mang các hạt.
14
Hình 1.5. Mối liên hệ giữa áp lực phá hủy cấu trúc và kích thước hạt [24].
1.5. Hệ chất lỏng nano từ tính 1.5.1. Vật liệu từ tính