Hvala, ker ste se prijavili za Physical World. Če želite kadar koli spremeniti svoje podatke, obiščite moj račun
Med in druge zelo viskozne tekočine tečejo hitreje kot voda v posebej prevlečenih kapilarah. Do presenetljive ugotovitve so prišli Maja Vuckovac in sodelavci na Univerzi Aalto na Finskem, ki so tudi pokazali, da ta kontraintuitivni učinek izvira iz zatiranja notranjega toka v bolj viskoznih kapljicah. Njihovi rezultati so v neposrednem nasprotju s trenutnimi teoretičnimi modeli o tem, kako tekočine tečejo v superhidrofobnih kapilarah.
Področje mikrofluidike vključuje nadzor pretoka tekočin skozi tesno zaprta območja kapilar – običajno za izdelavo naprav za medicinske namene. Tekočine z nizko viskoznostjo so najboljše za mikrofluidiko, ker tečejo hitro in brez truda. Več viskoznih tekočin je mogoče uporabiti tako, da jih poganjate pri višjih tlakih, vendar to poveča mehansko obremenitev v občutljivih kapilarnih strukturah – kar lahko privede do okvare.
Druga možnost je, da se tok pospeši z uporabo superhidrofobne prevleke, ki vsebuje mikro- in nanostrukture, ki ujamejo zračne blazine. Te blazine znatno zmanjšajo kontaktno površino med tekočino in površino, kar posledično zmanjša trenje – poveča pretok za 65 %. Vendar se glede na trenutno teorijo te stopnje pretoka še naprej zmanjšujejo z naraščajočo viskoznostjo.
Vučkovčeva ekipa je preizkusila to teorijo tako, da je opazovala kapljice različnih viskoznosti, ko jih je gravitacija potegnila iz navpičnih kapilar s superhidrofobnimi notranjimi prevlekami. Ko potujejo s konstantno hitrostjo, kapljice stisnejo zrak pod seboj in ustvarijo gradient tlaka, primerljiv s tistim v batu.
Medtem ko so kapljice pokazale pričakovano inverzno razmerje med viskoznostjo in hitrostjo pretoka v odprtih ceveh, ko sta bila en ali oba konca zaprta, so bila pravila popolnoma obrnjena. Učinek je bil najbolj izrazit pri kapljicah glicerola – čeprav so bile za 3 stopnje velikosti bolj viskozne od vode, so tekle več kot 10-krat hitreje od vode.
Da bi odkrili fiziko za tem učinkom, je Vučkovčeva ekipa v kapljice vnesla sledilne delce. Gibanje delcev skozi čas je razkrilo hiter notranji tok znotraj manj viskozne kapljice. Ti tokovi povzročijo, da tekočina prodre v mikro- in nano strukture v prevleki. To zmanjša debelino zračne blazine in preprečuje, da bi zrak pod tlakom pod kapljico stisnil skozenj, da bi uravnotežil tlak. Nasprotno pa glicerin nima skoraj nobenega zaznavnega notranjega pretoka, kar ovira njegovo prodiranje v premaz. Posledica tega je debelejša zračna blazina, zaradi česar se zrak pod kapljico lažje premakne na eno stran.
Z uporabo svojih opazovanj je skupina razvila posodobljen hidrodinamični model, ki bolje napove, kako se kapljice premikajo skozi kapilare z različnimi superhidrofobnimi prevlekami. Z nadaljnjim delom bi lahko njihove ugotovitve pripeljale do novih načinov za ustvarjanje mikrofluidnih naprav, ki so sposobne ravnati s kompleksnimi kemikalijami in zdravili.
Physics World predstavlja ključni del misije IOP Publishing za komuniciranje vrhunskih raziskav in inovacij najširšemu možnemu občinstvu. Spletno mesto je del portfelja Physics World, ki zagotavlja zbirko spletnih, digitalnih in tiskanih informacijskih storitev svetovni znanstveni skupnosti.