Hvala što ste se prijavili za Physical World. Ako želite promijeniti svoje podatke u bilo kojem trenutku, posjetite moj račun
Med i druge visoko viskozne tekućine teku brže od vode u posebno obloženim kapilarama. Do iznenađujućeg otkrića došli su Maja Vučkovac i kolege sa Sveučilišta Aalto u Finskoj, koji su također pokazali da ovaj kontraintuitivni učinak proizlazi iz potiskivanja unutarnjeg protoka unutar viskoznijih kapljica. Njihovi rezultati izravno proturječe trenutnim teorijskim modelima o tome kako tekućine teku u superhidrofobnim kapilarama.
Područje mikrofluidike uključuje kontrolu protoka tekućina kroz usko ograničena područja kapilara—obično za proizvodnju uređaja za medicinske primjene. Tekućine niske viskoznosti najbolje su za mikrofluidiku jer teku brzo i bez napora.Mogu se koristiti viskoznije tekućine tako da se podvrgnu višim tlakovima, ali to povećava mehaničko naprezanje u osjetljivim kapilarnim strukturama — što može dovesti do kvara.
Alternativno, protok se može ubrzati korištenjem superhidrofobnog premaza koji sadrži mikro- i nanostrukture koje hvataju zračne jastuke. Ovi jastuci značajno smanjuju kontaktnu površinu između tekućine i površine, što zauzvrat smanjuje trenje – povećavajući protok za 65%. Međutim, prema trenutnoj teoriji, ove brzine protoka nastavljaju se smanjivati ​​s povećanjem viskoznosti.
Vučkovčev tim testirao je ovu teoriju promatrajući kapljice različite viskoznosti dok ih je gravitacija izvlačila iz okomitih kapilara sa superhidrofobnim unutarnjim premazima. Dok putuju konstantnom brzinom, kapljice komprimira zrak ispod sebe, stvarajući gradijent tlaka usporediv s onim u klipu.
Dok su kapljice pokazivale očekivani inverzni odnos između viskoznosti i brzine protoka u otvorenim cijevima, kada su jedan ili oba kraja bili zapečaćeni, pravila su bila potpuno obrnuta. Učinak je bio najizraženiji kod kapljica glicerola — iako su 3 reda veličine viskoznije od vode, tekle su više od 10 puta brže od vode.
Kako bi otkrio fiziku koja stoji iza ovog učinka, Vučkovčev tim je u kapljice uveo čestice tragače. Kretanje čestica tijekom vremena otkrilo je brzi unutarnji tok unutar manje viskozne kapljice. Ti tokovi uzrokuju prodiranje tekućine u mikro- i nano strukture u premazu. To smanjuje debljinu zračnog jastuka, sprječavajući da se zrak pod tlakom ispod kapljice probije kako bi uravnotežio gradaciju tlaka Nasuprot tome, glicerin nema gotovo nikakav zamjetan unutarnji protok, sprječavajući njegovo prodiranje u premaz. To rezultira debljim zračnim jastukom, olakšavajući zraku ispod kapi da se pomakne u jednu stranu.
Koristeći svoja opažanja, tim je razvio ažurirani hidrodinamički model koji bolje predviđa kako se kapljice kreću kroz kapilare s različitim superhidrofobnim premazima. S daljnjim radom, njihova bi otkrića mogla dovesti do novih načina za stvaranje mikrofluidnih uređaja sposobnih za rukovanje složenim kemikalijama i lijekovima.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga za komuniciranje istraživanja i inovacija svjetske klase najširoj mogućoj publici. Stranica je dio portfelja Physics World koji globalnoj znanstvenoj zajednici pruža zbirku mrežnih, digitalnih i tiskanih informacijskih usluga.