Terima kasih kerana mendaftar untuk Dunia Fizikal Jika anda ingin menukar butiran anda pada bila-bila masa, sila lawati akaun saya
Madu dan cecair sangat likat lain mengalir lebih cepat daripada air dalam kapilari bersalut khas. Penemuan yang mengejutkan dibuat oleh Maja Vuckovac dan rakan sekerja di Universiti Aalto di Finland, yang juga menunjukkan bahawa kesan berlawanan intuitif ini berpunca daripada penindasan aliran dalaman dalam titisan yang lebih likat. Keputusannya secara langsung bercanggah dengan model aliran teori superhidrofobik semasa.
Bidang mikrobendalir melibatkan pengawalan aliran cecair melalui kawasan kapilari yang terkurung rapat—biasanya untuk pembuatan peranti untuk aplikasi perubatan. Cecair kelikatan rendah adalah yang terbaik untuk mikrobendalir kerana ia mengalir dengan cepat dan mudah. ​​Cecair yang lebih likat boleh digunakan dengan memacunya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ini meningkatkan tekanan mekanikal dalam struktur halus — yang boleh membawa kepada kerosakan mekanikal dalam struktur kapilari.
Sebagai alternatif, aliran boleh dipercepatkan menggunakan salutan superhidrofobik yang mengandungi struktur mikro dan nano yang memerangkap kusyen udara. Kusyen ini mengurangkan dengan ketara kawasan sentuhan antara cecair dan permukaan, yang seterusnya mengurangkan geseran - meningkatkan aliran sebanyak 65%. Walau bagaimanapun, mengikut teori semasa, kadar aliran ini terus berkurangan dengan peningkatan kelikatan.
Pasukan Vuckovac menguji teori ini dengan melihat titisan kelikatan yang berbeza-beza semasa graviti menariknya daripada kapilari menegak dengan salutan dalam superhidrofobik. Apabila mereka bergerak pada kelajuan malar, titisan memampatkan udara di bawahnya, mewujudkan kecerunan tekanan yang setanding dengan omboh.
Walaupun titisan menunjukkan hubungan songsang yang dijangkakan antara kelikatan dan kadar aliran dalam tiub terbuka, apabila satu atau kedua-dua hujungnya dimeterai, peraturannya telah diterbalikkan sepenuhnya. Kesannya paling ketara dengan titisan gliserol—walaupun 3 susunan magnitud lebih likat daripada air, ia mengalir lebih daripada 10 kali lebih laju daripada air.
Untuk membongkar fizik di sebalik kesan ini, pasukan Vuckovac memperkenalkan zarah pengesan ke dalam titisan. Pergerakan zarah dari semasa ke semasa mendedahkan aliran dalaman yang pantas dalam titisan kurang likat. Aliran ini menyebabkan bendalir menembusi ke dalam struktur berskala mikro dan nano dalam salutan. Ini mengurangkan ketebalan kusyen udara yang bertekanan, menghalang gradasi tekanan melalui pengimbangan daripada terkumpul. Sebaliknya, gliserin hampir tidak mempunyai aliran dalaman yang boleh dilihat, menghalang penembusannya ke dalam salutan. Ini menghasilkan kusyen udara yang lebih tebal, menjadikannya lebih mudah untuk udara di bawah titisan bergerak ke satu sisi.
Dengan menggunakan pemerhatian mereka, pasukan itu membangunkan model hidrodinamik yang dikemas kini yang meramalkan dengan lebih baik cara titisan bergerak melalui kapilari dengan salutan superhidrofobik yang berbeza. Dengan kerja lanjut, penemuan mereka boleh membawa kepada cara baharu untuk mencipta peranti mikrobendalir yang mampu mengendalikan bahan kimia dan dadah yang kompleks.
Dunia Fizik mewakili bahagian penting dalam misi Penerbitan IOP untuk menyampaikan penyelidikan dan inovasi bertaraf dunia kepada khalayak seluas mungkin. Tapak ini merupakan sebahagian daripada portfolio Dunia Fizik, yang menyediakan koleksi perkhidmatan maklumat dalam talian, digital dan cetakan kepada komuniti saintifik global.