Terima kasih telah mendaftar ke Dunia Fisik Jika Anda ingin mengubah detail Anda kapan saja, silakan kunjungi akun saya
Madu dan cairan sangat kental lainnya mengalir lebih cepat daripada air dalam kapiler yang dilapisi secara khusus. Temuan mengejutkan dibuat oleh Maja Vuckovac dan rekannya di Universitas Aalto di Finlandia, yang juga menunjukkan bahwa efek berlawanan ini berasal dari penekanan aliran internal di dalam tetesan yang lebih kental. Hasil mereka secara langsung bertentangan dengan model teoretis saat ini tentang bagaimana cairan mengalir dalam kapiler superhidrofobik.
Bidang mikrofluida melibatkan pengendalian aliran cairan melalui daerah kapiler yang tertutup rapat—biasanya untuk pembuatan perangkat untuk aplikasi medis. Cairan dengan viskositas rendah paling baik untuk mikrofluida karena mengalir dengan cepat dan mudah. ​​Cairan yang lebih kental dapat digunakan dengan menggerakkannya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ini meningkatkan tekanan mekanis pada struktur kapiler yang halus — yang dapat menyebabkan kegagalan.
Sebagai alternatif, aliran dapat dipercepat menggunakan lapisan superhidrofobik yang mengandung struktur mikro dan nano yang memerangkap bantalan udara. Bantalan ini secara signifikan mengurangi area kontak antara cairan dan permukaan, yang pada gilirannya mengurangi gesekan – meningkatkan aliran hingga 65%. Namun, menurut teori saat ini, laju aliran ini terus menurun dengan meningkatnya viskositas.
Tim Vuckovac menguji teori ini dengan melihat tetesan dari berbagai viskositas saat gravitasi menariknya dari kapiler vertikal dengan lapisan dalam superhidrofobik. Saat bergerak dengan kecepatan konstan, tetesan menekan udara di bawahnya, menciptakan gradien tekanan yang sebanding dengan yang ada di piston.
Sementara tetesan menunjukkan hubungan terbalik yang diharapkan antara viskositas dan laju aliran dalam tabung terbuka, ketika salah satu atau kedua ujungnya disegel, aturannya benar-benar terbalik. Efeknya paling terasa dengan tetesan gliserol — meskipun 3 kali lipat lebih kental daripada air, ia mengalir lebih dari 10 kali lebih cepat daripada air.
Untuk mengungkap fisika di balik efek ini, tim Vuckovac memasukkan partikel pelacak ke dalam tetesan. Gerakan partikel dari waktu ke waktu menunjukkan aliran internal yang cepat di dalam tetesan yang kurang kental. Aliran ini menyebabkan cairan menembus struktur berskala mikro dan nano di lapisan. Hal ini mengurangi ketebalan bantalan udara, mencegah udara bertekanan di bawah tetesan masuk untuk menyeimbangkan gradien tekanan. di bantalan udara yang lebih tebal, memudahkan udara di bawah tetesan untuk bergerak ke satu sisi.
Dengan menggunakan pengamatan mereka, tim mengembangkan model hidrodinamika yang diperbarui yang memprediksi dengan lebih baik bagaimana tetesan bergerak melalui kapiler dengan lapisan superhidrofobik yang berbeda. Dengan penelitian lebih lanjut, temuan mereka dapat mengarah pada cara baru untuk membuat perangkat mikofluida yang mampu menangani bahan kimia dan obat yang kompleks.
Physics World merupakan bagian penting dari misi IOP Publishing untuk mengomunikasikan penelitian dan inovasi kelas dunia kepada khalayak seluas mungkin. Situs ini merupakan bagian dari portofolio Physics World, yang menyediakan kumpulan layanan informasi online, digital, dan cetak untuk komunitas ilmiah global.