Благодарим ви, че се регистрирахте за Physical World. Ако искате да промените данните си по всяко време, моля, посетете моя акаунт
Медът и други силно вискозни течности текат по-бързо от водата в специално покрити капиляри. Изненадващото откритие беше направено от Maja Vuckovac и колеги от университета Aalto във Финландия, които също показаха, че този контраинтуитивен ефект произтича от потискането на вътрешния поток в по-вискозни капчици. Техните резултати директно противоречат на текущите теоретични модели за това как течностите текат в суперхидрофобни капиляри.
Областта на микрофлуидиката включва контролиране на потока на течности през плътно затворени участъци от капиляри - обикновено за производството на устройства за медицински приложения. Течностите с нисък вискозитет са най-добри за микрофлуидиката, тъй като протичат бързо и без усилие. Могат да се използват повече вискозни течности, като се управляват при по-високо налягане, но това увеличава механичното напрежение в деликатните капилярни структури - което може да доведе до повреда.
Като алтернатива потокът може да се ускори с помощта на суперхидрофобно покритие, което съдържа микро- и наноструктури, които улавят въздушни възглавници. Тези възглавници значително намаляват контактната площ между течността и повърхността, което от своя страна намалява триенето – увеличавайки потока с 65%. Въпреки това, според настоящата теория, тези скорости на потока продължават да намаляват с увеличаване на вискозитета.
Екипът на Vuckovac тества тази теория, като разглежда капчици с различен вискозитет, докато гравитацията ги издърпва от вертикални капиляри със суперхидрофобни вътрешни покрития. Докато се движат с постоянна скорост, капчиците компресират въздуха под тях, създавайки градиент на налягането, сравним с този в буталото.
Докато капчиците показаха очакваната обратна връзка между вискозитета и скоростта на потока в отворени тръби, когато единият или двата края бяха запечатани, правилата бяха напълно обърнати. Ефектът беше най-изразен при капчиците глицерол – въпреки че с 3 порядъка по-вискозни от водата, течеха повече от 10 пъти по-бързо от водата.
За да разкрие физиката зад този ефект, екипът на Вучковац въвежда проследяващи частици в капчиците. Движението на частиците с течение на времето разкрива бърз вътрешен поток в по-малко вискозната капка. Тези потоци карат течността да проникне в микро- и наномащабните структури в покритието. Това намалява дебелината на въздушната възглавница, предотвратявайки изтласкването на въздуха под налягане под капката, за да балансира степента на налягането За разлика от това, глицеринът почти няма осезаем вътрешен поток, което възпрепятства проникването му в покритието. Това води до по-дебела въздушна възглавница, което улеснява въздуха под капката да се движи на една страна.
Използвайки своите наблюдения, екипът разработи актуализиран хидродинамичен модел, който по-добре предсказва как капчиците се движат през капиляри с различни суперхидрофобни покрития. С по-нататъшна работа техните открития могат да доведат до нови начини за създаване на микрофлуидни устройства, способни да се справят със сложни химикали и лекарства.
Physics World представлява ключова част от мисията на IOP Publishing за съобщаване на изследвания и иновации от световна класа на възможно най-широка аудитория. Сайтът е част от портфолиото на Physics World, което предоставя колекция от онлайн, цифрови и печатни информационни услуги на глобалната научна общност.