Vă mulțumim că v-ați înscris la Physical World Dacă doriți să vă schimbați detaliile în orice moment, vă rugăm să vizitați contul meu
Mierea și alte lichide foarte vâscoase curg mai repede decât apa în capilarele acoperite special. Descoperirea surprinzătoare a fost făcută de Maja Vuckovac și colegii de la Universitatea Aalto din Finlanda, care au arătat, de asemenea, că acest efect contraintuitiv provine din suprimarea fluxului intern în picături mai vâscoase.
Domeniul microfluidicei implică controlul fluxului de lichide prin regiuni strâns limitate ale capilarelor - de obicei pentru fabricarea de dispozitive pentru aplicații medicale. Fluidele cu vâscozitate scăzută sunt cele mai bune pentru microfluidice, deoarece curg rapid și fără efort. Mai multe fluide vâscoase pot fi utilizate prin conducerea lor la presiuni mai mari, dar acest lucru crește stresul mecanic la defecțiunea capilară în structurile delicate - ceea ce poate duce la defecțiunea capilară delicată.
Alternativ, fluxul poate fi accelerat folosind un strat superhidrofob care conține micro- și nanostructuri care captează perne de aer. Aceste perne reduc semnificativ aria de contact dintre lichid și suprafață, ceea ce la rândul său reduce frecarea - crescând debitul cu 65%. Cu toate acestea, conform teoriei actuale, aceste debite continuă să scadă odată cu creșterea vâscozității.
Echipa lui Vuckovac a testat această teorie analizând picăturile de vâscozități diferite, pe măsură ce gravitația le-a tras din capilarele verticale cu acoperiri interioare superhidrofobe. Pe măsură ce călătoresc cu viteză constantă, picăturile comprimă aerul de sub ele, creând un gradient de presiune comparabil cu cel din piston.
În timp ce picăturile au arătat relația inversă așteptată între vâscozitate și debit în tuburile deschise, atunci când unul sau ambele capete au fost sigilate, regulile au fost complet inversate. Efectul a fost cel mai pronunțat cu picăturile de glicerol - chiar dacă cu 3 ordine de mărime mai vâscos decât apa, curgea de peste 10 ori mai repede decât apa.
Pentru a descoperi fizica din spatele acestui efect, echipa lui Vuckovac a introdus particule trasoare în picături. Mișcarea particulelor de-a lungul timpului a relevat un flux intern rapid în picăturile mai puțin vâscoase. Aceste fluxuri fac ca fluidul să pătrundă în structurile la scară micro și nano din stratul de acoperire. gradient. În contrast, glicerina aproape că nu are un flux intern perceptibil, inhibând pătrunderea sa în stratul de acoperire. Acest lucru are ca rezultat o pernă de aer mai groasă, făcând mai ușor ca aerul de sub picătură să se deplaseze într-o parte.
Folosind observațiile lor, echipa a dezvoltat un model hidrodinamic actualizat care prezice mai bine modul în care picăturile se deplasează prin capilare cu diferite acoperiri superhidrofobe. Cu lucrări suplimentare, descoperirile lor ar putea duce la noi modalități de a crea dispozitive microfluidice capabile să manipuleze substanțe chimice complexe și medicamente.
Physics World reprezintă o parte cheie a misiunii IOP Publishing de a comunica cercetarea și inovația de clasă mondială către cel mai larg public posibil. Site-ul face parte din portofoliul Physics World, care oferă o colecție de servicii de informații online, digitale și tipărite comunității științifice globale.