Köszönjük, hogy regisztrált a Physical World szolgáltatásra. Ha bármikor módosítani szeretné adatait, látogasson el a fiókomba
A méz és más nagyon viszkózus folyadékok gyorsabban áramlanak, mint a víz a speciális bevonattal ellátott kapillárisokban. A meglepő megállapítást Maja Vuckovac és munkatársai a finn Aalto Egyetemen tették, akik azt is kimutatták, hogy ez az ellentmondásos hatás a viszkózusabb cseppek belső áramlásának elnyomásából ered. Eredményeik egyenesen ellentmondanak a folyadékok szupervízi kapilláris áramlásának jelenlegi elméleti modelljeinek.
A mikrofluidika területe magában foglalja a folyadékok áramlásának szabályozását a kapillárisok szorosan körülhatárolt területein – általában orvosi felhasználásra szánt eszközök gyártásához. Az alacsony viszkozitású folyadékok a legjobbak a mikrofluidikákhoz, mert gyorsan és erőfeszítés nélkül áramlanak. Nagyobb nyomáson viszkózusabb folyadékok használhatók, de ez megnöveli a mechanikai feszültséget a kényes szerkezetekben, ami a kapillárisok meghibásodásához vezethet.
Alternatív megoldásként az áramlás felgyorsítható szuperhidrofób bevonattal, amely mikro- és nanostruktúrákat tartalmaz, amelyek megfogják a légpárnákat. Ezek a párnák jelentősen csökkentik a folyadék és a felület közötti érintkezési felületet, ami viszont csökkenti a súrlódást – 65%-kal növeli az áramlást. A jelenlegi elmélet szerint azonban ezek az áramlási sebességek tovább csökkennek a viszkozitás növekedésével.
Vuckovac csapata különböző viszkozitású cseppeket vizsgálva tesztelte ezt az elméletet, amikor a gravitáció kihúzta őket a szuperhidrofób belső bevonatú függőleges kapillárisokból. Állandó sebességgel haladva a cseppek összenyomják az alattuk lévő levegőt, és a dugattyúhoz hasonló nyomásgradiens alakul ki.
Míg a cseppek a várt fordított összefüggést mutatták a viszkozitás és az áramlási sebesség között nyitott csövekben, amikor az egyik vagy mindkét végét lezárták, a szabályok teljesen megfordultak. A hatás a glicerincseppeknél volt a legkifejezettebb – annak ellenére, hogy 3 nagyságrenddel viszkózusabb a víznél, több mint 10-szer gyorsabban áramlott, mint a víz.
A hatás mögött meghúzódó fizika feltárása érdekében Vuckovac csapata nyomjelző részecskéket juttatott a cseppekbe. A részecskék idővel történő mozgása gyors belső áramlást mutatott ki a kevésbé viszkózus cseppekben. Ezek az áramlások hatására a folyadék behatol a bevonat mikro- és nanoméretű struktúráiba. Ez csökkenti a légpárna vastagságát, megakadályozva a kiegyensúlyozott levegő kiáramlását. t. Ezzel szemben a glicerinnek szinte nincs érzékelhető belső áramlása, ami gátolja annak behatolását a bevonatba. Ez vastagabb légpárnát eredményez, ami megkönnyíti a csepp alatti levegő egyik oldalra áramlását.
Megfigyeléseik felhasználásával a csapat egy frissített hidrodinamikai modellt dolgozott ki, amely jobban megjósolja, hogyan mozognak a cseppek a különböző szuperhidrofób bevonatú kapillárisokon. A további munkával eredményeik új módozatokhoz vezethetnek olyan mikrofluidikus eszközök létrehozására, amelyek képesek összetett vegyi anyagok és gyógyszerek kezelésére.
A Physics World kulcsfontosságú részét képezi az IOP Publishing küldetésének, hogy a világszínvonalú kutatást és innovációt a lehető legszélesebb közönséghez kommunikálja. Az oldal a Physics World portfólió része, amely online, digitális és nyomtatott információs szolgáltatásokat nyújt a globális tudományos közösség számára.