Hvala vam što ste se registrovali za Physical World. Ako želite da promenite svoje podatke u bilo kom trenutku, posetite moj nalog.
Med i druge visoko viskozne tekućine teku brže od vode u posebno obloženim kapilarama. Iznenađujuće otkriće napravili su Maja Vuckovac i kolege sa Univerziteta Aalto u Finskoj, koji su također pokazali da ovaj kontraintuitivni efekat proizlazi iz suzbijanja unutrašnjeg toka unutar viskoznijih kapljica. Njihovi rezultati direktno proturječe trenutnim teorijskim modelima o tome kako tekućine teku u superhidrofobnim kapilarama.
Područje mikrofluidike uključuje kontrolu protoka tekućina kroz čvrsto zatvorene regije kapilara - obično za proizvodnju uređaja za medicinske primjene. Fluidi niske viskoznosti su najbolji za mikrofluidiku jer teku brzo i bez napora. Viskozniji fluidi se mogu koristiti pogonom na višim pritiscima, ali to povećava mehaničko naprezanje u osjetljivim kapilarnim strukturama - što može dovesti do kvara.
Alternativno, protok se može ubrzati korištenjem superhidrofobnog premaza koji sadrži mikro- i nanostrukture koje zadržavaju zračne jastuke. Ovi jastuci značajno smanjuju kontaktnu površinu između tekućine i površine, što zauzvrat smanjuje trenje – povećavajući protok za 65%. Međutim, prema trenutnoj teoriji, ove brzine protoka nastavljaju se smanjivati ​​s povećanjem viskoznosti.
Vučkovčev tim je testirao ovu teoriju posmatrajući kapljice različitih viskoziteta dok ih gravitacija izvlači iz vertikalnih kapilara sa superhidrofobnim unutrašnjim premazima. Dok se kreću konstantnom brzinom, kapljice komprimuju vazduh ispod sebe, stvarajući gradijent pritiska uporediv sa onim u klipu.
Dok su kapljice pokazivale očekivani inverzni odnos između viskoznosti i brzine protoka u otvorenim epruvetama, kada su jedan ili oba kraja bila zatvorena, pravila su bila potpuno obrnuta. Efekat je bio najizraženiji kod kapljica glicerola - iako je 3 reda veličine viskozniji od vode, tekao je više od 10 puta brže od vode.
Da bi otkrili fiziku koja stoji iza ovog efekta, Vuckovacev tim je uveo čestice trasera u kapljice. Kretanje čestica tokom vremena otkrilo je brz unutrašnji tok unutar manje viskozne kapljice. Ovi tokovi uzrokuju prodiranje tečnosti u mikro i nano strukture u premazu. To smanjuje debljinu vazdušnog jastuka, sprečavajući komprimovani vazduh ispod kapljice da se provuče kako bi uravnotežio gradijent pritiska. Nasuprot tome, glicerin gotovo da nema primjetan unutrašnji tok, što sprečava njegovo prodiranje u premaz. To rezultira debljim vazdušnim jastukom, što olakšava vazduhu ispod kapljice da se kreće na jednu stranu.
Koristeći svoja zapažanja, tim je razvio ažurirani hidrodinamički model koji bolje predviđa kako se kapljice kreću kroz kapilare s različitim superhidrofobnim premazima. Daljnjim radom, njihova otkrića bi mogla dovesti do novih načina za stvaranje mikrofluidnih uređaja sposobnih za rukovanje složenim hemikalijama i lijekovima.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga da komunicira istraživanja i inovacije svjetske klase najširoj mogućoj publici. Stranica je dio portfolija Physics World, koji pruža kolekciju online, digitalnih i štampanih informacionih usluga globalnoj naučnoj zajednici.