Terima kasih telah mendaftar di Physical World 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 berlapis khusus. Penemuan mengejutkan ini dilakukan oleh Maja Vuckovac dan rekan-rekannya di Universitas Aalto di Finlandia, yang juga menunjukkan bahwa efek berlawanan dengan intuisi ini berasal dari penekanan aliran internal dalam tetesan yang lebih kental. Hasil mereka secara langsung bertentangan dengan model teoritis saat ini tentang bagaimana cairan mengalir dalam kapiler superhidrofobik.
Bidang mikrofluidika melibatkan pengendalian aliran cairan melalui daerah kapiler yang tertutup rapat—biasanya untuk pembuatan perangkat untuk aplikasi medis. Cairan dengan viskositas rendah paling baik untuk mikrofluidika karena mengalir dengan cepat dan mudah. ​​Cairan yang lebih kental dapat digunakan dengan mengalirkannya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ini meningkatkan tekanan mekanis dalam struktur kapiler yang rapuh—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%. Akan tetapi, menurut teori saat ini, laju aliran ini terus menurun seiring dengan meningkatnya viskositas.
Tim Vuckovac menguji teori ini dengan mengamati tetesan dengan viskositas bervariasi saat gravitasi menariknya dari kapiler vertikal dengan lapisan dalam superhidrofobik. Saat bergerak dengan kecepatan konstan, tetesan tersebut memampatkan 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 satu atau kedua ujungnya disegel, aturannya sepenuhnya terbalik. Efeknya paling jelas terlihat pada 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. Pergerakan partikel dari waktu ke waktu mengungkap aliran internal yang cepat dalam tetesan yang kurang kental. Aliran ini menyebabkan cairan menembus ke dalam struktur skala mikro dan nano pada lapisan. Hal ini mengurangi ketebalan bantalan udara, mencegah udara bertekanan di bawah tetesan masuk untuk menyeimbangkan gradien tekanan. Sebaliknya, gliserin hampir tidak memiliki aliran internal yang terlihat, menghambat penetrasinya ke dalam lapisan. Hal ini menghasilkan bantalan udara yang lebih tebal, sehingga udara di bawah tetesan lebih mudah bergerak ke satu sisi.
Dengan menggunakan pengamatan mereka, tim tersebut mengembangkan model hidrodinamika terbaru yang lebih baik dalam memprediksi bagaimana tetesan bergerak melalui kapiler dengan lapisan superhidrofobik yang berbeda. Dengan penelitian lebih lanjut, temuan mereka dapat mengarah pada cara baru untuk menciptakan perangkat mikrofluida yang mampu menangani bahan kimia dan obat-obatan yang kompleks.
Physics World merupakan bagian penting dari misi IOP Publishing untuk mengomunikasikan penelitian dan inovasi kelas dunia kepada khalayak seluas-luasnya. Situs ini merupakan bagian dari portofolio Physics World, yang menyediakan kumpulan layanan informasi daring, digital, dan cetak kepada komunitas ilmiah global.