Cảm ơn bạn đã đăng ký Thế giới vật lý Nếu bạn muốn thay đổi thông tin chi tiết của mình bất cứ lúc nào, vui lòng truy cập tài khoản của tôi
Mật ong và các chất lỏng có độ nhớt cao khác chảy nhanh hơn nước trong các mao quản được phủ lớp phủ đặc biệt. Phát hiện đáng ngạc nhiên này được thực hiện bởi Maja Vuckovac và các đồng nghiệp tại Đại học Aalto ở Phần Lan, họ cũng chỉ ra rằng hiệu ứng phản trực giác này bắt nguồn từ việc ngăn chặn dòng chảy bên trong các giọt nhớt hơn. Kết quả của họ mâu thuẫn trực tiếp với các mô hình lý thuyết hiện tại về cách chất lỏng chảy trong các mao mạch siêu kỵ nước.
Lĩnh vực vi lỏng liên quan đến việc kiểm soát dòng chảy của chất lỏng thông qua các vùng mao dẫn bị giới hạn chặt chẽ—thường để sản xuất các thiết bị cho các ứng dụng y tế. Chất lỏng có độ nhớt thấp là tốt nhất cho vi lỏng vì chúng chảy nhanh và dễ dàng. Có thể sử dụng chất lỏng nhớt hơn bằng cách đẩy chúng ở áp suất cao hơn, nhưng điều này làm tăng ứng suất cơ học trong các cấu trúc mao dẫn mỏng manh — có thể dẫn đến hỏng hóc.
Ngoài ra, dòng chảy có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng lớp phủ siêu kỵ nước có chứa các cấu trúc vi mô và nano bẫy các đệm khí. Các đệm này làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt, do đó làm giảm ma sát – tăng lưu lượng lên 65%. Tuy nhiên, theo lý thuyết hiện tại, các tốc độ dòng chảy này tiếp tục giảm khi độ nhớt tăng.
Nhóm của Vuckovac đã thử nghiệm lý thuyết này bằng cách xem xét các giọt có độ nhớt khác nhau khi lực hấp dẫn kéo chúng ra khỏi các mao mạch thẳng đứng có lớp phủ siêu kỵ nước bên trong. Khi chúng di chuyển với tốc độ không đổi, các giọt nén không khí bên dưới chúng, tạo ra một chênh lệch áp suất tương đương với áp suất trong pít-tông.
Mặc dù các giọt cho thấy mối quan hệ nghịch đảo dự kiến ​​giữa độ nhớt và tốc độ dòng chảy trong các ống mở, nhưng khi một hoặc cả hai đầu được bịt kín, các quy tắc hoàn toàn bị đảo ngược. Hiệu ứng này rõ rệt nhất với các giọt glycerol—mặc dù có độ nhớt cao hơn nước gấp 3 bậc nhưng nó vẫn chảy nhanh hơn nước 10 lần.
Để khám phá tính chất vật lý đằng sau hiệu ứng này, nhóm của Vuckovac đã đưa các hạt đánh dấu vào các giọt nước. Chuyển động của các hạt theo thời gian cho thấy một dòng chảy bên trong nhanh bên trong giọt ít nhớt hơn. Những dòng chảy này khiến chất lỏng thâm nhập vào các cấu trúc cấp độ vi mô và nano trong lớp phủ. Điều này làm giảm độ dày của đệm không khí, ngăn không khí có áp suất trong giọt nước ép qua bên dưới để cân bằng độ dốc áp suất. Ngược lại, glycerin hầu như không có dòng chảy bên trong có thể cảm nhận được, ngăn cản sự xâm nhập của nó vào lớp phủ. Điều này dẫn đến một lớp đệm không khí dày hơn, giúp nó dễ dàng hơn để không khí bên dưới giọt di chuyển sang một bên.
Sử dụng các quan sát của họ, nhóm đã phát triển một mô hình thủy động lực học cập nhật để dự đoán tốt hơn cách các giọt di chuyển qua các mao mạch với các lớp phủ siêu kỵ nước khác nhau. Với công việc tiếp theo, phát hiện của họ có thể dẫn đến những cách mới để tạo ra các thiết bị vi lỏng có khả năng xử lý các loại thuốc và hóa chất phức tạp.
Physics World đại diện cho một phần quan trọng trong sứ mệnh của IOP Publishing nhằm truyền đạt nghiên cứu và đổi mới tầm cỡ thế giới tới nhiều đối tượng nhất có thể. Trang web này là một phần của danh mục Physics World, nơi cung cấp một tập hợp các dịch vụ thông tin trực tuyến, kỹ thuật số và in ấn cho cộng đồng khoa học toàn cầu.