Hvala vam što ste se prijavili za Fizički svijet. 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. Iznenađujuće otkriće napravili su Maja Vuckovac i kolege sa Sveučilišta Aalto u Finskoj, koji su također pokazali da ovaj kontraintuitivni učinak proizlazi iz supresije unutarnjeg toka 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 čvrsto zatvorena područja kapilara - obično za proizvodnju uređaja za medicinske primjene. Tekućine niske viskoznosti najbolje su za mikrofluidiku jer teku brzo i bez napora. Viskoznije tekućine mogu se koristiti pogonom na 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 zadržavaju zračne jastuke. Ovi jastuci značajno smanjuju kontaktnu površinu između tekućine i površine, što zauzvrat smanjuje trenje - povećavajući protok za 65%. Međutim, prema trenutnoj teoriji, te brzine protoka nastavljaju se smanjivati ​​s povećanjem viskoznosti.
Vučkovčev tim testirao je ovu teoriju promatrajući kapljice različitih viskoziteta dok ih je gravitacija izvlačila iz vertikalnih kapilara sa superhidrofobnim unutarnjim premazima. Dok putuju konstantnom brzinom, kapljice komprimiraju zrak ispod sebe, stvarajući gradijent tlaka usporediv s onim u klipu.
Dok su kapljice pokazale očekivani obrnuti odnos između viskoznosti i brzine protoka u otvorenim epruvetama, kada su jedan ili oba kraja bila zatvorena, pravila su bila potpuno obrnuta. Učinak je bio najizraženiji kod kapljica glicerola - iako je 3 reda veličine viskozniji od vode, tekao je više od 10 puta brže od vode.
Kako bi otkrili fiziku koja stoji iza ovog efekta, Vuckovacev tim uveo je čestice trasera u kapljice. Gibanje čestica tijekom vremena otkrilo je brzi unutarnji tok unutar manje viskozne kapljice. Ovi tokovi uzrokuju prodiranje tekućine u mikro i nano strukture u premazu. To smanjuje debljinu zračnog jastuka, sprječavajući da se komprimirani zrak ispod kapljice probije kako bi uravnotežio gradijent tlaka. Nasuprot tome, glicerin gotovo da nema primjetan unutarnji tok, što sprječava njegovo prodiranje u premaz. To rezultira debljim zračnim jastukom, što zraku ispod kapljice olakšava pomicanje na jednu stranu.
Koristeći svoja zapažanja, tim je razvio ažurirani hidrodinamički model koji bolje predviđa kako se kapljice kreću kroz kapilare s različitim superhidrofobnim premazima. Daljnjim radom, njihova otkrića mogla bi dovesti do novih načina stvaranja mikrofluidnih uređaja sposobnih za rukovanje složenim kemikalijama i lijekovima.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga da komunicira istraživanja i inovacije svjetske klase najširoj mogućoj publici. Stranica je dio portfelja Physics World, koji pruža kolekciju online, digitalnih i tiskanih informacijskih usluga globalnoj znanstvenoj zajednici.