Þakka þér fyrir að skrá þig í Physical World. Ef þú vilt breyta upplýsingum þínum hvenær sem er, vinsamlegast farðu á aðganginn minn.
Hunang og aðrir mjög seigir vökvar flæða hraðar en vatn í sérstaklega húðuðum háræðum. Þessa óvæntu niðurstöðu gerðu Maja Vuckovac og samstarfsmenn hennar við Aalto-háskólann í Finnlandi, sem einnig sýndu fram á að þessi gagnstæða áhrif stafa af því að bæla niður innri flæði innan seigari dropa. Niðurstöður þeirra stangast beint á við núverandi fræðilegar líkön um hvernig vökvar flæða í ofurvatnsfælnum háræðum.
Örflæðisfræði felur í sér að stjórna flæði vökva um þétt lokuð svæði háræða — venjulega til framleiðslu á tækjum til lækninga. Vökvar með lága seigju eru bestir fyrir örflæðisfræði vegna þess að þeir flæða hratt og áreynslulaust. Seigfljótandi vökva er hægt að nota með því að knýja þá við hærri þrýsting, en það eykur vélrænt álag í viðkvæmum háræðabyggingum — sem getur leitt til bilunar.
Einnig er hægt að flýta fyrir flæðinu með því að nota vatnsfælna húðun sem inniheldur ör- og nanóbyggingar sem fanga loftpúða. Þessir púðar minnka verulega snertiflötinn milli vökvans og yfirborðsins, sem aftur dregur úr núningi – og eykur flæði um 65%. Samkvæmt núverandi kenningum heldur þessi flæðishraði þó áfram að minnka með aukinni seigju.
Teymi Vuckovac prófaði þessa kenningu með því að skoða dropa með mismunandi seigju þegar þyngdarafl dró þá úr lóðréttum háræðum með ofurvatnsfælnum innri húðum. Þegar þeir ferðast á jöfnum hraða þjappa droparnir loftinu fyrir neðan sig og mynda þrýstingshalla sem er sambærilegur við þann sem er í stimplinum.
Þó að droparnir sýndu væntanlega öfuga fylgni milli seigju og rennslishraða í opnum rörum, þá voru reglurnar algjörlega öfugar þegar annar eða báðir endar voru innsiglaðir. Áhrifin voru mest áberandi með glýseróldropa - jafnvel þótt þeir væru þrefalt seigari en vatn, þá rann þeir meira en tífalt hraðar en vatn.
Til að afhjúpa eðlisfræðina á bak við þessi áhrif, setti teymi Vuckovac sporefnisagnir í dropana. Hreyfing agnanna með tímanum leiddi í ljós hraðan innri flæði innan minna seigfljótandi dropans. Þessi flæði valda því að vökvinn smýgur inn í ör- og nanóskalabyggingar húðunarinnar. Þetta dregur úr þykkt loftpúðans og kemur í veg fyrir að þrýstiloftið undir dropanum kreistist í gegn til að jafna þrýstingshalla. Aftur á móti hefur glýserín nánast ekkert merkjanlegt innri flæði, sem hindrar smettingu þess inn í húðunina. Þetta leiðir til þykkari loftpúða, sem gerir það auðveldara fyrir loftið undir dropanum að færast til hliðar.
Með því að nota athuganir sínar þróaði teymið uppfært vatnsfræðilegt líkan sem spáir betur fyrir um hvernig dropar hreyfast í gegnum háræðar með mismunandi ofurvatnsfælnum húðunum. Með frekari vinnu gætu niðurstöður þeirra leitt til nýrra leiða til að búa til örflæðitæki sem geta meðhöndlað flókin efni og lyf.
Physics World er lykilþáttur í markmiði IOP Publishing að miðla rannsóknum og nýsköpun í heimsklassa til sem breiðasta hóps. Vefsíðan er hluti af Physics World safni, sem býður upp á safn upplýsinga á netinu, stafrænt og prentað fyrir alþjóðlegt vísindasamfélag.