Σας ευχαριστώ που εγγραφήκατε στο Physical World Εάν θέλετε να αλλάξετε τα στοιχεία σας ανά πάσα στιγμή, επισκεφτείτε τον λογαριασμό μου
Το μέλι και άλλα πολύ παχύρρευστα υγρά ρέουν γρηγορότερα από το νερό στα ειδικά επικαλυμμένα τριχοειδή αγγεία. Το εκπληκτικό εύρημα έγινε από τη Maja Vuckovac και τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Aalto στη Φινλανδία, οι οποίοι έδειξαν επίσης ότι αυτό το αντιδιαισθητικό αποτέλεσμα πηγάζει από την καταστολή της εσωτερικής ροής σε πιο παχύρρευστα σταγονίδια.
Ο τομέας της μικρορευστικότητας περιλαμβάνει τον έλεγχο της ροής υγρών μέσω στενά περιορισμένων περιοχών τριχοειδών αγγείων—συνήθως για την κατασκευή συσκευών για ιατρικές εφαρμογές. Τα ρευστά χαμηλού ιξώδους είναι τα καλύτερα για μικρορευστήματα επειδή ρέουν γρήγορα και αβίαστα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν περισσότερα παχύρρευστα υγρά οδηγώντας τα σε υψηλότερες πιέσεις, αλλά αυτό αυξάνει την αστοχία στην δομή.
Εναλλακτικά, η ροή μπορεί να επιταχυνθεί χρησιμοποιώντας μια υπερυδρόφοβη επίστρωση που περιέχει μικρο- και νανοδομές που παγιδεύουν μαξιλάρια αέρα. Αυτά τα μαξιλάρια μειώνουν σημαντικά την περιοχή επαφής μεταξύ του υγρού και της επιφάνειας, γεγονός που με τη σειρά του μειώνει την τριβή - αυξάνοντας τη ροή κατά 65%. Ωστόσο, σύμφωνα με την τρέχουσα θεωρία, αυτοί οι ρυθμοί ροής συνεχίζουν να μειώνονται με την αύξηση.
Η ομάδα του Vuckovac δοκίμασε αυτή τη θεωρία εξετάζοντας σταγονίδια διαφορετικού ιξώδους καθώς η βαρύτητα τα τράβηξε από κάθετα τριχοειδή με υπερυδρόφοβα εσωτερικά επιστρώματα. Καθώς ταξιδεύουν με σταθερή ταχύτητα, τα σταγονίδια συμπιέζουν τον αέρα κάτω από αυτά, δημιουργώντας μια κλίση πίεσης συγκρίσιμη με αυτή στο έμβολο.
Ενώ τα σταγονίδια έδειχναν την αναμενόμενη αντίστροφη σχέση μεταξύ του ιξώδους και του ρυθμού ροής σε ανοιχτούς σωλήνες, όταν το ένα ή και τα δύο άκρα ήταν σφραγισμένα, οι κανόνες αντιστράφηκαν εντελώς. Το αποτέλεσμα ήταν πιο έντονο με σταγονίδια γλυκερίνης—παρόλο που 3 τάξεις μεγέθους πιο ιξώδες από το νερό, έρεε περισσότερο από 10 φορές πιο γρήγορα από το νερό.
Για να αποκαλύψει τη φυσική πίσω από αυτό το φαινόμενο, η ομάδα του Vuckovac εισήγαγε σωματίδια ιχνηθέτη στα σταγονίδια. Η κίνηση των σωματιδίων με την πάροδο του χρόνου αποκάλυψε μια γρήγορη εσωτερική ροή μέσα στο λιγότερο παχύρρευστο σταγονίδιο. Αυτές οι ροές προκαλούν το ρευστό να διεισδύσει στις δομές μικροκλίμακας και νανοκλίμακας στην επίστρωση. Αυτό μειώνει το πάχος του αέρα που πέφτει. για να εξισορροπηθεί η κλίση πίεσης. Αντίθετα, η γλυκερίνη δεν έχει σχεδόν καθόλου αισθητή εσωτερική ροή, εμποδίζοντας τη διείσδυσή της στην επικάλυψη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα παχύτερο μαξιλάρι αέρα, διευκολύνοντας τον αέρα κάτω από τη σταγόνα να μετακινηθεί προς τη μία πλευρά.
Χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις της, η ομάδα ανέπτυξε ένα ενημερωμένο υδροδυναμικό μοντέλο που προβλέπει καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο τα σταγονίδια κινούνται μέσα από τριχοειδή αγγεία με διαφορετικές υπερυδρόφοβες επικαλύψεις. Με περαιτέρω εργασία, τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους δημιουργίας μικρορευστωδών συσκευών ικανών να χειρίζονται πολύπλοκες χημικές ουσίες και φάρμακα.
Το Physics World αντιπροσωπεύει ένα βασικό μέρος της αποστολής της IOP Publishing για την επικοινωνία παγκόσμιας κλάσης έρευνας και καινοτομίας στο ευρύτερο δυνατό κοινό. Ο ιστότοπος αποτελεί μέρος του χαρτοφυλακίου Physics World, το οποίο παρέχει μια συλλογή διαδικτυακών, ψηφιακών και έντυπων υπηρεσιών πληροφόρησης στην παγκόσμια επιστημονική κοινότητα.