Köszönjük, hogy regisztrált a Physical World szolgáltatásra. Ha bármikor módosítani szeretné adatait, kérjük, látogassa meg a fiókomat.
A méz és más, nagy viszkozitású folyadékok gyorsabban áramlanak, mint a víz a speciálisan bevont kapillárisokban. A meglepő felfedezést Maja Vuckovac és kollégái tették a finnországi Aalto Egyetemen, akik azt is kimutatták, hogy ez az ellentmondásos hatás a viszkózusabb cseppekben lévő belső áramlás elnyomásából ered. Eredményeik közvetlenül ellentmondanak a folyadékok szuperhidrofób kapillárisokban való áramlásának jelenlegi elméleti modelljeinek.
A mikrofluidika területe a folyadékok áramlásának szabályozásával foglalkozik a kapillárisok szorosan zárt területein keresztül – általában orvosi alkalmazásokhoz használt eszközök gyártásához. Az alacsony viszkozitású folyadékok a legjobbak a mikrofluidikához, mivel gyorsan és könnyedén áramlanak. Viszkózusabb folyadékok is használhatók nagyobb nyomáson, de ez növeli a mechanikai feszültséget a finom kapilláris szerkezetekben – ami meghibásodáshoz vezethet.
Alternatív megoldásként az áramlás felgyorsítható egy szuperhidrofób bevonattal, amely légpárnákat csapdába ejtő mikro- és nanoszerkezeteket tartalmaz. Ezek a párnák jelentősen csökkentik a folyadék és a felület közötti érintkezési területet, ami viszont csökkenti a súrlódást – így 65%-kal növelik az áramlást. A jelenlegi elmélet szerint azonban ezek az áramlási sebességek a viszkozitás növekedésével tovább csökkennek.
Vuckovac csapata ezt az elméletet úgy tesztelte, hogy különböző viszkozitású cseppeket vizsgált, amint a gravitáció kihúzta őket a szuperhidrofób belső bevonattal ellátott függőleges kapillárisokból. Ahogy állandó sebességgel haladnak, a cseppek összenyomják az alattuk lévő levegőt, és a dugattyúban lévőhöz hasonló nyomásgradiens keletkezik.
Míg a cseppek nyitott csövekben a viszkozitás és az áramlási sebesség között a várt fordított összefüggést mutatták, amikor az egyik vagy mindkét vég lezárva volt, a szabályok teljesen megfordultak. A hatás a glicerincseppeknél volt a legkifejezettebb – bár 3 nagyságrenddel viszkózusabb, mint a víz, több mint tízszer gyorsabban áramlott, mint a víz.
A hatás mögött meghúzódó fizika feltárása érdekében Vuckovac csapata nyomjelző részecskéket juttatott a cseppekbe. A részecskék időbeli mozgása gyors belső áramlást mutatott a kevésbé viszkózus cseppen belül. Ezek az áramlások miatt a folyadék behatol a bevonat mikro- és nanoméretű szerkezeteibe. Ez csökkenti a légpárna vastagságát, megakadályozva, hogy a csepp alatti nyomás alatti levegő átnyomódjon rajta és kiegyensúlyozza a nyomásgradienst. Ezzel szemben a glicerinnek szinte nincs érzékelhető belső áramlása, ami gátolja a bevonatba való behatolását. Ez vastagabb légpárnát eredményez, ami megkönnyíti a csepp alatti levegő számára, hogy az egyik oldalra mozduljon.
Megfigyeléseik alapján a csapat kifejlesztett egy frissített hidrodinamikai modellt, amely jobban megjósolja, hogyan mozognak a cseppek a különböző szuperhidrofób bevonatokkal ellátott kapillárisokon keresztül. További munkával eredményeik új módszerekhez vezethetnek komplex vegyi anyagok és gyógyszerek kezelésére képes mikrofluidikai eszközök létrehozására.
A Physics World kulcsfontosságú részét képezi az IOP Publishing azon küldetésének, hogy a világszínvonalú kutatást és innovációt a lehető legszélesebb közönséghez juttassa el. Az oldal a Physics World portfóliójának része, amely online, digitális és nyomtatott információs szolgáltatásokat kínál a globális tudományos közösség számára.