תודה שנרשמת ל-Physical World אם תרצה לשנות את הפרטים שלך בכל עת, בקר בחשבון שלי
דבש ונוזלים מאוד צמיגיים אחרים זורמים מהר יותר ממים בנימים מצופים במיוחד. הממצא המפתיע נעשה על ידי Maja Vuckovac ועמיתיו באוניברסיטת Aalto בפינלנד, שהראו גם שהאפקט המנוגד את האינטואיציה נובע מדיכוי זרימה פנימית בתוך טיפות צמיגות יותר. התוצאות שלהם סותרות ישירות מודלים תיאורטיים של זרימה סופר-הידרופובית של האופן שבו זרימה נוזלית.
תחום המיקרו-נוזלים כולל שליטה בזרימת הנוזלים דרך אזורים מוגבלים היטב של נימים - בדרך כלל לייצור מכשירים ליישומים רפואיים. נוזלים בעלי צמיגות נמוכה הם הטובים ביותר עבור מיקרו-נוזלים מכיוון שהם זורמים במהירות וללא מאמץ. ניתן להשתמש בעוד נוזלים צמיגים על ידי הנעתם בלחצים גבוהים יותר, אך זה מגביר את הלחץ המכאני של המבנה עדין.
לחלופין, ניתן להאיץ את הזרימה באמצעות ציפוי סופר הידרופובי המכיל מבני מיקרו וננו אשר לוכדים כריות אוויר. כריות אלו מקטינות משמעותית את שטח המגע בין הנוזל למשטח, מה שבתורו מפחית את החיכוך - מגדיל את הזרימה ב-65%. עם זאת, לפי התיאוריה הנוכחית, קצבי הזרימה הללו ממשיכים לרדת עם הגדלת הצמיגות.
הצוות של Vuckovac בדק את התיאוריה הזו על ידי התבוננות בטיפות בעלות צמיגות משתנה כאשר כוח הכבידה משך אותן מנימים אנכיים עם ציפויים פנימיים סופר הידרופוביים. כשהן נעות במהירות קבועה, הטיפות דוחסות את האוויר שמתחתיהן, ויוצרות שיפוע לחץ דומה לזה שבבוכנה.
בעוד שטיפות הראו את הקשר ההפוך הצפוי בין צמיגות וקצב זרימה בצינורות פתוחים, כאשר קצוות אחד או שניהם נאטמו, הכללים היו הפוכים לחלוטין. ההשפעה הייתה בולטת ביותר עם טיפות גליצרול - למרות ש-3 סדרי גודל יותר צמיגיים ממים, הוא זרם יותר מפי 10 מהר יותר ממים.
כדי לחשוף את הפיזיקה מאחורי האפקט הזה, הצוות של Vuckovac הכניס חלקיקי נותב לטיפות. תנועת החלקיקים לאורך זמן חשפה זרימה פנימית מהירה בתוך הטיפה הפחות צמיגה. זרימות אלו גורמות לנוזל לחדור לתוך המבנים בקנה מידה מיקרו וננו בציפוי. זה מפחית את עובי הלחץ שמאזן את לחץ האוויר מתחת לכרית האוויר שמאזן דרך כרית האוויר. לעומת זאת, לגליצרין אין כמעט זרימה פנימית מורגשת, מה שמעכב את חדירתו לציפוי. הדבר גורם לכרית אוויר עבה יותר, מה שמקל על האוויר שמתחת לטיפה לנוע לצד אחד.
בעזרת התצפיות שלהם, הצוות פיתח מודל הידרודינמי מעודכן המנבא טוב יותר כיצד טיפות עוברות דרך נימים עם ציפויים סופר הידרופוביים שונים. עם עבודה נוספת, הממצאים שלהם יכולים להוביל לדרכים חדשות ליצור מכשירים מיקרופלואידיים המסוגלים לטפל בכימיקלים מורכבים ותרופות.
Physics World מייצג חלק מרכזי במשימתה של IOP Publishing לתקשר מחקר וחדשנות ברמה עולמית לקהל הרחב ביותר האפשרי. האתר הוא חלק מתיק העבודות של Physics World, המספק אוסף של שירותי מידע מקוונים, דיגיטליים ודפוסים לקהילה המדעית העולמית.