Obrigado por se inscrever no Physical World. Se desejar alterar seus dados a qualquer momento, visite minha conta.
O mel e outros líquidos altamente viscosos fluem mais rápido que a água em capilares especialmente revestidos. A descoberta surpreendente foi feita por Maja Vuckovac e colegas da Universidade Aalto, na Finlândia, que também mostraram que esse efeito contraintuitivo decorre da supressão do fluxo interno dentro de gotículas mais viscosas. Seus resultados contradizem diretamente os modelos teóricos atuais de como os líquidos fluem em capilares super-hidrofóbicos.
O campo da microfluídica envolve o controle do fluxo de líquidos através de regiões fortemente confinadas de capilares, geralmente para a fabricação de dispositivos para aplicações médicas. Fluidos de baixa viscosidade são melhores para microfluídica porque fluem rapidamente e sem esforço. Fluidos mais viscosos podem ser usados ​​acionando-os em pressões mais altas, mas isso aumenta o estresse mecânico nas delicadas estruturas capilares, o que pode levar à falha.
Alternativamente, o fluxo pode ser acelerado usando um revestimento super-hidrofóbico que contém micro e nanoestruturas que retêm almofadas de ar. Essas almofadas reduzem significativamente a área de contato entre o líquido e a superfície, o que por sua vez reduz o atrito, aumentando o fluxo em 65%. No entanto, de acordo com a teoria atual, essas taxas de fluxo continuam a diminuir com o aumento da viscosidade.
A equipe de Vuckovac testou essa teoria observando gotículas de viscosidades variadas enquanto a gravidade as puxava de capilares verticais com revestimentos internos super-hidrofóbicos. À medida que viajam em velocidade constante, as gotículas comprimem o ar abaixo delas, criando um gradiente de pressão comparável ao do pistão.
Embora as gotas mostrassem a relação inversa esperada entre viscosidade e vazão em tubos abertos, quando uma ou ambas as extremidades eram seladas, as regras eram completamente invertidas. O efeito foi mais pronunciado com gotas de glicerol — embora 3 ordens de magnitude mais viscosas que a água, elas fluíam mais de 10 vezes mais rápido que a água.
Para descobrir a física por trás desse efeito, a equipe de Vuckovac introduziu partículas traçadoras nas gotículas. O movimento das partículas ao longo do tempo revelou um fluxo interno rápido dentro da gotícula menos viscosa. Esses fluxos fazem com que o fluido penetre nas estruturas em micro e nanoescala do revestimento. Isso reduz a espessura da almofada de ar, impedindo que o ar pressurizado sob a gota passe para equilibrar o gradiente de pressão. Em contraste, a glicerina quase não tem fluxo interno perceptível, inibindo sua penetração no revestimento. Isso resulta em uma almofada de ar mais espessa, facilitando o movimento do ar sob a gota para um lado.
Usando suas observações, a equipe desenvolveu um modelo hidrodinâmico atualizado que prevê melhor como as gotículas se movem através de capilares com diferentes revestimentos super-hidrofóbicos. Com mais trabalho, suas descobertas podem levar a novas maneiras de criar dispositivos microfluídicos capazes de lidar com produtos químicos e medicamentos complexos.
O Physics World representa uma parte fundamental da missão da IOP Publishing de comunicar pesquisa e inovação de classe mundial ao maior público possível. O site faz parte do portfólio do Physics World, que fornece uma coleção de serviços de informação on-line, digitais e impressos para a comunidade científica global.