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꿀과 기타 고점도 액체는 특별히 코팅된 모세관에서 물보다 빠르게 흐릅니다. 놀라운 발견은 핀란드 알토 대학의 Maja Vuckovac과 동료들에 의해 이루어졌습니다. 그는 또한 이 직관에 반하는 효과가 점성이 더 높은 물방울 내부의 내부 흐름 억제에서 비롯된다는 것을 보여주었습니다. 그들의 결과는 액체가 초소수성 모세관에서 어떻게 흐르는지에 대한 현재의 이론적 모델과 직접적으로 모순됩니다.
미세유체 분야는 일반적으로 의료용 장치 제조를 위해 모세관의 촘촘한 영역을 통해 액체의 흐름을 제어하는 ​​것을 포함합니다. 점도가 낮은 유체는 빠르고 쉽게 흐르기 때문에 미세유체에 가장 적합합니다. 더 높은 압력에서 유체를 구동하여 더 많은 점성 유체를 사용할 수 있지만 이것은 섬세한 모세관 구조의 기계적 응력을 증가시켜 고장을 유발할 수 있습니다.
또는 에어 쿠션을 가두는 마이크로 및 나노 구조를 포함하는 초소수성 코팅을 사용하여 흐름을 가속화할 수 있습니다. 이러한 쿠션은 액체와 표면 사이의 접촉 면적을 크게 줄여 마찰을 줄여 흐름을 65%까지 증가시킵니다. 그러나 현재 이론에 따르면 이러한 흐름 속도는 점도가 증가함에 따라 계속 감소합니다.
Vuckovac의 팀은 중력이 초소수성 내부 코팅이 있는 수직 모세관에서 끌어당길 때 다양한 점도의 물방울을 살펴봄으로써 이 이론을 테스트했습니다. 물방울이 일정한 속도로 이동함에 따라 물방울은 그 아래의 공기를 압축하여 피스톤에서와 비슷한 압력 구배를 만듭니다.
액적은 개방형 튜브에서 점도와 유속 사이에 예상되는 반비례 관계를 보였지만 한쪽 또는 양쪽 끝이 밀봉되었을 때 규칙이 완전히 역전되었습니다. 그 효과는 글리세롤 액적에서 가장 두드러졌습니다. 물보다 점성이 10배 더 높지만 물보다 10배 이상 빠르게 흘렀습니다.
이 효과의 배후에 있는 물리학을 밝히기 위해 Vuckovac 팀은 추적 입자를 액적에 도입했습니다. 시간이 지남에 따라 입자의 움직임은 점성이 낮은 액적 내에서 빠른 내부 흐름을 나타냅니다. 이러한 흐름은 유체가 코팅의 마이크로 및 나노 규모 구조로 침투하도록 합니다. 이렇게 하면 에어 쿠션의 두께가 줄어들어 액적 아래의 가압된 공기가 압력 구배의 균형을 맞추기 위해 압착되는 것을 방지합니다. 이와는 대조적으로 글리세린은 감지할 수 있는 내부 흐름이 거의 없어 코팅으로의 침투를 억제합니다. 더 두꺼운 에어 쿠션에서 드롭 아래의 공기가 한쪽으로 더 쉽게 이동합니다.
그들의 관찰을 사용하여 팀은 물방울이 다른 초소수성 코팅이 있는 모세관을 통해 어떻게 이동하는지 더 잘 예측하는 업데이트된 유체 역학 모델을 개발했습니다. 추가 작업을 통해 그들의 발견은 복잡한 화학 물질 및 약물을 처리할 수 있는 미세 유체 장치를 만드는 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다.
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