Děkujeme, že jste se zaregistrovali do Fyzického světa Pokud budete chtít své údaje kdykoli změnit, navštivte můj účet
Med a další vysoce viskózní kapaliny proudí rychleji než voda ve speciálně potažených kapilárách. Překvapivé zjištění učinila Maja Vuckovac a kolegové z Aalto University ve Finsku, kteří také ukázali, že tento kontraintuitivní efekt pramení z potlačení vnitřního toku ve viskóznějších kapičkách. Jejich výsledky přímo odporují současným teoretickým modelům proudění kapalin v superhydrofobních kapilárách.
Oblast mikrofluidiky zahrnuje řízení toku kapalin přes těsně uzavřené oblasti kapilár – obvykle pro výrobu zařízení pro lékařské aplikace. Tekutiny s nízkou viskozitou jsou pro mikrofluidiku nejlepší, protože tečou rychle a bez námahy. Větší viskózní kapaliny lze použít jejich poháněním při vyšších tlacích, ale to zvyšuje mechanické namáhání v jemných kapilárních strukturách. — což může vést k selhání.
Alternativně lze tok urychlit pomocí superhydrofobního povlaku, který obsahuje mikro- a nanostruktury, které zachycují vzduchové polštáře. Tyto polštáře výrazně zmenšují kontaktní plochu mezi kapalinou a povrchem, což zase snižuje tření – zvyšuje průtok o 65 %. Podle současné teorie však tyto průtoky stále klesají se zvyšující se viskozitou.
Vuckovacův tým testoval tuto teorii sledováním kapiček s různou viskozitou, jak je gravitace vytahovala z vertikálních kapilár se superhydrofobními vnitřními povlaky. Jak se pohybují konstantní rychlostí, kapičky stlačují vzduch pod nimi, čímž vytvářejí tlakový gradient srovnatelný s tlakem v pístu.
Zatímco kapky vykazovaly očekávaný inverzní vztah mezi viskozitou a průtokem v otevřených zkumavkách, když byl jeden nebo oba konce utěsněny, pravidla byla zcela obrácena. Účinek byl nejvýraznější u kapiček glycerolu – i když byly o 3 řády viskóznější než voda, tekly více než 10krát rychleji než voda.
K odhalení fyziky za tímto efektem zavedl Vuckovacův tým do kapiček stopovací částice. Pohyb částic v průběhu času odhalil rychlý vnitřní tok v méně viskózní kapce. Tyto toky způsobují, že tekutina proniká do mikro- a nano-struktur v povlaku. Tím se zmenšuje tloušťka vzduchového polštáře, což zabraňuje stlačenému vzduchu pod tlakem, aby se pod tlakovým gradientem téměř nestlačoval. To má za následek silnější vzduchový polštář, který usnadňuje pohyb vzduchu pod kapkou na jednu stranu.
Na základě svých pozorování tým vyvinul aktualizovaný hydrodynamický model, který lépe předpovídá, jak se kapičky pohybují kapilárami s různými superhydrofobními povlaky. S další prací by jejich zjištění mohla vést k novým způsobům vytváření mikrofluidních zařízení schopných manipulovat se složitými chemikáliemi a léky.
Physics World představuje klíčovou součást poslání IOP Publishing sdělovat světový výzkum a inovace co nejširšímu publiku. Stránka je součástí portfolia Physics World, které poskytuje kolekci online, digitálních a tištěných informačních služeb pro globální vědeckou komunitu.