Gràcies per registrar-vos a Physical World Si voleu canviar les vostres dades en qualsevol moment, visiteu el meu compte
La mel i altres líquids altament viscosos flueixen més ràpidament que l'aigua en capil·lars especialment recoberts. La sorprenent troballa va ser realitzada per Maja Vuckovac i col·legues de la Universitat d'Aalto a Finlàndia, que també van demostrar que aquest efecte contraintuïtiu prové de la supressió del flux intern dins de gotes més viscoses.
El camp de la microfluídica implica controlar el flux de líquids a través de regions estretament confinades dels capil·lars, generalment per a la fabricació de dispositius per a aplicacions mèdiques. Els fluids de baixa viscositat són els millors per a la microfluídica perquè flueixen ràpidament i sense esforç. Es poden utilitzar fluids més viscosos conduint-los a pressions més altes, però això augmenta l'estrès mecànic a les estructures capil·lars delicades, que pot provocar una fallada capil·lar.
Alternativament, el flux es pot accelerar mitjançant un recobriment superhidrofòbic que conté micro i nanoestructures que atrapen coixins d'aire. Aquests coixins redueixen significativament l'àrea de contacte entre el líquid i la superfície, que al seu torn redueix la fricció, augmentant el flux en un 65%. No obstant això, segons la teoria actual, aquests cabals continuen disminuint amb l'augment de la viscositat.
L'equip de Vuckovac va provar aquesta teoria observant gotes de diferents viscositats a mesura que la gravetat les va treure dels capil·lars verticals amb recobriments interiors superhidrofòbics. A mesura que viatgen a velocitat constant, les gotes comprimeixen l'aire que hi ha a sota, creant un gradient de pressió comparable al del pistó.
Mentre que les gotes mostraven la relació inversa esperada entre la viscositat i el cabal en tubs oberts, quan un o ambdós extrems estaven segellats, les regles es van invertir completament. L'efecte va ser més pronunciat amb les gotes de glicerol, tot i que 3 ordres de magnitud més viscosos que l'aigua, fluïa més de 10 vegades més ràpid que l'aigua.
Per descobrir la física que hi ha darrere d'aquest efecte, l'equip de Vuckovac va introduir partícules traçadores a les gotes. El moviment de les partícules al llarg del temps va revelar un flux intern ràpid dins de la gota menys viscosa. Aquests fluxos fan que el fluid penetri a les estructures a micro i nanoescala del recobriment. Això redueix el gruix de l'aire comprimit a través de la pressió comprimida a través de la gota de pressió. gradient. En canvi, la glicerina gairebé no té un flux intern perceptible, la qual cosa inhibeix la seva penetració al recobriment. Això resulta en un coixí d'aire més gruixut, cosa que facilita que l'aire que hi ha sota la gota es mogui cap a un costat.
Utilitzant les seves observacions, l'equip va desenvolupar un model hidrodinàmic actualitzat que prediu millor com es mouen les gotes a través dels capil·lars amb diferents recobriments superhidrofòbics. Amb més treball, les seves troballes podrien conduir a noves maneres de crear dispositius microfluídics capaços de manejar productes químics i fàrmacs complexos.
Physics World representa una part clau de la missió d'IOP Publishing de comunicar la recerca i la innovació de primer nivell al públic més ampli possible. El lloc forma part de la cartera de Physics World, que ofereix una col·lecció de serveis d'informació en línia, digitals i impresos a la comunitat científica global.