Grazas por rexistrarte en Physical World Se queres cambiar os teus datos en calquera momento, visita a miña conta
O mel e outros líquidos altamente viscosos flúen máis rápido que a auga en capilares especialmente revestidos. O sorprendente descubrimento foi feito por Maja Vuckovac e os seus colegas da Universidade de Aalto en Finlandia, quen tamén demostraron que este efecto contraintuitivo deriva da supresión do fluxo interno dentro de gotículas máis viscosas.
O campo da microfluídica implica controlar o fluxo de líquidos a través de rexións estreitamente confinadas dos capilares, xeralmente para a fabricación de dispositivos para aplicacións médicas. Os fluídos de baixa viscosidade son os mellores para a microfluídica porque flúen de forma rápida e sen esforzo. Pódense usar fluídos máis viscosos conducíndoos a presións máis altas, pero isto aumenta o estrés mecánico nas estruturas capilares delicadas, o que pode provocar fallos nos capilares delicados.
Alternativamente, o fluxo pódese acelerar mediante un revestimento superhidrofóbico que contén microestruturas e nanoestruturas que atrapan almofadas de aire. Estes almofadas reducen significativamente a área de contacto entre o líquido e a superficie, o que á súa vez reduce a fricción, aumentando o fluxo nun 65%. Non obstante, segundo a teoría actual, estes caudais seguen diminuíndo co aumento da viscosidade.
O equipo de Vuckovac probou esta teoría observando gotículas de diferentes viscosidades mentres a gravidade as sacou de capilares verticais con revestimentos internos superhidrófobos. Cando viaxan a velocidade constante, as gotas comprimen o aire por debaixo delas, creando un gradiente de presión comparable ao do pistón.
Aínda que as gotículas mostraron a relación inversa esperada entre a viscosidade e o caudal en tubos abertos, cando un ou ambos extremos estaban selados, as regras foron completamente invertidas. O efecto foi máis pronunciado coas gotas de glicerol, aínda que 3 ordes de magnitude máis viscosa que a auga, fluía máis de 10 veces máis rápido que a auga.
Para descubrir a física detrás deste efecto, o equipo de Vuckovac introduciu partículas trazadoras nas gotículas. O movemento das partículas ao longo do tempo revelou un fluxo interno rápido dentro da gotita menos viscosa. Estes fluxos fan que o fluído penetre nas estruturas a micro e nanoescala do revestimento. Isto reduce o grosor do aire comprimido, evitando que a presión equilibrada a gota de aire se comprima a presión. gradiente.En cambio, a glicerina case non ten fluxo interno perceptible, o que inhibe a súa penetración no revestimento. Isto dá como resultado unha almofada de aire máis grosa, o que facilita que o aire debaixo da gota se mova cara a un lado.
Usando as súas observacións, o equipo desenvolveu un modelo hidrodinámico actualizado que predice mellor como se moven as gotículas a través dos capilares con diferentes revestimentos superhidrófobos. Con máis traballo, os seus descubrimentos poderían levar a novas formas de crear dispositivos microfluídicos capaces de manexar produtos químicos e fármacos complexos.
Physics World representa unha parte fundamental da misión de IOP Publishing de comunicar investigación e innovación de clase mundial ao público máis amplo posible. O sitio forma parte da carteira Physics World, que ofrece unha colección de servizos de información en liña, dixital e impresa á comunidade científica global.