Physical World'e kaydolduğunuz için teşekkür ederiz. Bilgilerinizi herhangi bir zamanda değiştirmek isterseniz, lütfen hesabımı ziyaret edin.
Bal ve diğer yüksek viskoziteli sıvılar, özel olarak kaplanmış kılcal damarlarda sudan daha hızlı akar. Şaşırtıcı bulgu, bu sezgiye aykırı etkinin daha viskoz damlacıklardaki iç akışın bastırılmasından kaynaklandığını da gösteren Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden Maja Vuckovac ve meslektaşları tarafından yapıldı. Elde edilen sonuçlar sıvıların süperhidrofobik kılcal damarlarda nasıl aktığına dair mevcut teorik modellerle doğrudan çelişiyor.
Mikroakışkanlar alanı, sıvıların sıkıca kapatılmış kılcal damar bölgelerinden akışını kontrol etmeyi içerir - genellikle tıbbi uygulamalara yönelik cihazların üretimi için. Düşük viskoziteli sıvılar, hızlı ve zahmetsizce aktıkları için mikroakışkanlar için en iyisidir. Daha viskoz sıvılar, onları daha yüksek basınçlarda çalıştırarak kullanılabilir, ancak bu, hassas kılcal yapılarda mekanik stresi artırır - bu da arızaya yol açabilir.
Alternatif olarak, hava yastıklarını tutan mikro ve nanoyapılar içeren süperhidrofobik bir kaplama kullanılarak akış hızlandırılabilir. Bu yastıklar, sıvı ile yüzey arasındaki temas alanını önemli ölçüde azaltır ve bu da sürtünmeyi azaltarak akışı %65 artırır. Ancak, mevcut teoriye göre bu akış hızları, artan viskozite ile azalmaya devam eder.
Vuckovac'ın ekibi, yerçekimi onları süperhidrofobik iç kaplamalara sahip dikey kılcal damarlardan çekerken değişen viskozitelerdeki damlacıklara bakarak bu teoriyi test etti.
Damlacıklar, açık tüplerde viskozite ile akış hızı arasında beklenen ters ilişkiyi gösterirken, bir veya her iki uç kapatıldığında, kurallar tamamen tersine döndü. Etki en çok gliserol damlacıklarında belirgindi; sudan 3 kat daha viskoz olmasına rağmen, sudan 10 kattan daha hızlı akıyordu.
Bu etkinin ardındaki fiziği ortaya çıkarmak için Vuckovac'ın ekibi damlacıklara izleyici parçacıklar yerleştirdi. Parçacıkların zaman içindeki hareketi daha az viskoz olan damlacık içinde hızlı bir iç akışı ortaya çıkardı. Bu akışlar, sıvının kaplamadaki mikro ve nano ölçekli yapılara nüfuz etmesine neden olur. Bu, hava yastığının kalınlığını azaltarak damlacığın altındaki basınçlı havanın basınç gradyanını dengelemek için sıkışmasını önler. Buna karşılık, gliserin neredeyse hiç algılanabilir iç akışa sahip değildir ve kaplamaya nüfuz etmesini engeller. Bu, daha kalın bir hava yastığıyla sonuçlanır ve damlanın altındaki havanın bir tarafa hareket etmesini kolaylaştırır.
Ekip, gözlemlerini kullanarak, damlacıkların farklı süperhidrofobik kaplamalara sahip kılcal damarlarda nasıl hareket ettiğini daha iyi tahmin eden güncellenmiş bir hidrodinamik model geliştirdi. Daha fazla çalışmayla, bulguları, karmaşık kimyasalları ve ilaçları işleyebilen mikroakışkan cihazlar yaratmanın yeni yollarına yol açabilir.
Physics World, IOP Publishing'in birinci sınıf araştırma ve yeniliği mümkün olan en geniş kitleye ulaştırma misyonunun önemli bir parçasını temsil eder. Site, küresel bilimsel topluluğa çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetleri koleksiyonu sağlayan Physics World portföyünün bir parçasıdır.