Paldies, ka reģistrējāties programmā Physical World Ja vēlaties jebkurā laikā mainīt savus datus, lūdzu, apmeklējiet manu kontu
Medus un citi ļoti viskozi šķidrumi speciāli pārklātos kapilāros plūst ātrāk nekā ūdens. Pārsteidzošo atklājumu izdarīja Maja Vukovaca un kolēģi no Aalto universitātes Somijā, kuri arī parādīja, ka šis pretintuitīvais efekts izriet no iekšējās plūsmas nomākšanas viskozākos pilienos. To rezultāti ir tiešā pretrunā ar pašreizējiem teorētiskajiem šķidruma kapilāru plūsmas modeļiem.
Mikrofluidikas jomā ietilpst šķidrumu plūsmas kontrole caur cieši norobežotiem kapilāru apgabaliem — parasti medicīniskiem nolūkiem paredzētu ierīču ražošanai. Zemas viskozitātes šķidrumi ir vislabākie mikrofluidikai, jo tie plūst ātri un bez piepūles. Var izmantot viskozākus šķidrumus, darbinot tos ar augstāku spiedienu, taču tas palielina mehānisko spriegumu trauslajās struktūrās, kas var izraisīt kapilāru bojājumus.
Alternatīvi, plūsmu var paātrināt, izmantojot superhidrofobu pārklājumu, kas satur mikro- un nanostruktūras, kas aiztur gaisa spilvenus. Šie spilveni ievērojami samazina saskares laukumu starp šķidrumu un virsmu, kas savukārt samazina berzi – palielinot plūsmu par 65%. Taču saskaņā ar pašreizējo teoriju šie plūsmas ātrumi turpina samazināties, palielinoties viskozitātei.
Vukovaca komanda pārbaudīja šo teoriju, aplūkojot dažādas viskozitātes pilienus, kad gravitācija izvilka tos no vertikālajiem kapilāriem ar superhidrofobisku iekšējo pārklājumu. Tā kā tie pārvietojas nemainīgā ātrumā, pilieni saspiež gaisu zem tiem, radot spiediena gradientu, kas ir salīdzināms ar virzuļa spiediena gradientu.
Kamēr pilieni uzrādīja paredzamo apgriezto sakarību starp viskozitāti un plūsmas ātrumu atvērtās caurulēs, kad viens vai abi gali bija noslēgti, noteikumi bija pilnīgi pretēji. Efekts bija visizteiktākais ar glicerīna pilieniem — lai gan tas bija par 3 kārtībām viskozāks par ūdeni, tas plūda vairāk nekā 10 reizes ātrāk nekā ūdens.
Lai atklātu šī efekta fiziku, Vukovaca komanda pilienos ievietoja marķiera daļiņas. Daļiņu kustība laika gaitā atklāja ātru iekšējo plūsmu mazāk viskozā piliena iekšienē. Šīs plūsmas liek šķidrumam iekļūt pārklājuma mikro- un nanomēroga struktūrās. Tas samazina gaisa spilvena biezumu, novēršot līdzsvarotā gaisa izplūšanu. t.Turpretim glicerīnam gandrīz nav jūtamas iekšējās plūsmas, kas kavē tā iekļūšanu pārklājumā.Tā rezultātā gaisa spilvens kļūst biezāks, atvieglojot gaisa pārvietošanos zem piliena uz vienu pusi.
Izmantojot savus novērojumus, komanda izstrādāja atjauninātu hidrodinamisko modeli, kas labāk prognozē, kā pilieni pārvietojas pa kapilāriem ar dažādiem superhidrofobiem pārklājumiem. Turpinot darbu, viņu atklājumi varētu radīt jaunus veidus, kā izveidot mikrofluidiskas ierīces, kas spēj apstrādāt sarežģītas ķīmiskas vielas un zāles.
Physics World ir galvenā daļa no IOP Publishing misijas, lai pēc iespējas plašākai auditorijai komunicētu par pasaules līmeņa pētniecību un jauninājumiem. Vietne ir daļa no Physics World portfeļa, kas nodrošina tiešsaistes, digitālās un drukātās informācijas pakalpojumu kolekciju pasaules zinātnieku aprindām.