Tak, fordi du tilmeldte dig Physical World Hvis du til enhver tid vil ændre dine oplysninger, bedes du besøge min konto
Honning og andre meget tyktflydende væsker flyder hurtigere end vand i specielt belagte kapillærer. Det overraskende fund blev gjort af Maja Vuckovac og kolleger ved Aalto Universitet i Finland, som også viste, at denne kontraintuitive effekt stammer fra undertrykkelsen af ​​indre strømning i mere tyktflydende dråber. Deres resultater er direkte i modstrid med nuværende teoretiske strømningsmodeller i superhydrofobe strømningskapiller.
Området for mikrofluidik involverer styring af strømmen af ​​væsker gennem tæt afgrænsede områder af kapillærer - sædvanligvis til fremstilling af anordninger til medicinske applikationer. Lavviskositetsvæsker er bedst til mikrofluitika, fordi de flyder hurtigt og ubesværet. Flere tyktflydende væsker kan bruges ved at drive dem ved højere tryk, men dette øger den ømtålelige kappe-svigt-struktur, hvilket kan føre til følsomme kapillærsvigt.
Alternativt kan flowet accelereres ved hjælp af en superhydrofob belægning, der indeholder mikro- og nanostrukturer, der fanger luftpuder. Disse puder reducerer betydeligt kontaktområdet mellem væsken og overfladen, hvilket igen reducerer friktionen – hvilket øger flowet med 65%. Men ifølge den nuværende teori fortsætter disse flowhastigheder med at falde med stigende viskositet.
Vuckovacs team testede denne teori ved at se på dråber med varierende viskositet, da tyngdekraften trak dem fra lodrette kapillærer med superhydrofobe indre belægninger. Når de bevæger sig med konstant hastighed, komprimerer dråberne luften under dem, hvilket skaber en trykgradient, der kan sammenlignes med den i stemplet.
Mens dråber viste det forventede omvendte forhold mellem viskositet og strømningshastighed i åbne rør, når den ene eller begge ender var forseglet, var reglerne helt omvendt. Effekten var mest udtalt med glyceroldråber – selvom 3 størrelsesordener mere tyktflydende end vand, flød den mere end 10 gange hurtigere end vand.
For at afdække fysikken bag denne effekt introducerede Vuckovacs team sporpartikler i dråberne. Partiklernes bevægelse over tid afslørede en hurtig indre strømning i den mindre tyktflydende dråbe. Disse strømme får væsken til at trænge ind i mikro- og nanoskala-strukturerne i belægningen. Dette reducerer tykkelsen af ​​luftpuden under luftpuden, og forhindrer, at luftpuden balancerer gennem luftpuden, så den ikke balancerer gennem luftpuden. I modsætning hertil har glycerin næsten ingen mærkbar indre strømning, hvilket hæmmer dets indtrængning i belægningen. Dette resulterer i en tykkere luftpude, hvilket gør det lettere for luften under dråben at bevæge sig til den ene side.
Ved hjælp af deres observationer udviklede holdet en opdateret hydrodynamisk model, der bedre forudsiger, hvordan dråber bevæger sig gennem kapillærer med forskellige superhydrofobe belægninger. Med yderligere arbejde kan deres resultater føre til nye måder at skabe mikrofluidiske enheder, der er i stand til at håndtere komplekse kemikalier og lægemidler.
Physics World repræsenterer en central del af IOP Publishings mission om at formidle forskning og innovation i verdensklasse til det bredest mulige publikum. Siden er en del af Physics World-porteføljen, som leverer en samling af online, digitale og trykte informationstjenester til det globale videnskabelige samfund.