Благодарим ви, че се регистрирахте за Physical World. Ако желаете да промените данните си по всяко време, моля, посетете моя акаунт.
Медът и други силно вискозни течности текат по-бързо от водата в специално покрити капиляри. Изненадващото откритие е направено от Мая Вучковац и колеги от университета Аалто във Финландия, които също така показаха, че този противоречащ на интуицията ефект произтича от потискането на вътрешния поток в рамките на по-вискозни капчици. Резултатите им директно противоречат на настоящите теоретични модели за това как течностите текат в суперхидрофобни капиляри.
Областта на микрофлуидиката включва контролиране на потока на течности през плътно затворени области на капилярите – обикновено за производството на устройства за медицински приложения. Флуидите с нисък вискозитет са най-подходящи за микрофлуидиката, защото те текат бързо и без усилие. По-вискозни флуиди могат да се използват чрез задвижването им при по-високо налягане, но това увеличава механичното напрежение в деликатните капилярни структури – което може да доведе до повреда.
Алтернативно, потокът може да се ускори с помощта на суперхидрофобно покритие, което съдържа микро- и наноструктури, които улавят въздушни възглавници. Тези възглавници значително намаляват контактната площ между течността и повърхността, което от своя страна намалява триенето – увеличавайки потока с 65%. Според настоящата теория обаче, тези скорости на потока продължават да намаляват с увеличаване на вискозитета.
Екипът на Вучковац тества тази теория, като наблюдава капчици с различен вискозитет, докато гравитацията ги издърпва от вертикални капиляри със суперхидрофобни вътрешни покрития. Докато се движат с постоянна скорост, капчиците компресират въздуха под тях, създавайки градиент на налягането, сравним с този в буталото.
Докато капчиците показваха очакваната обратна зависимост между вискозитета и дебита в отворени епруветки, когато единият или двата края бяха запечатани, правилата бяха напълно обърнати. Ефектът беше най-силно изразен при капчиците глицерол – въпреки че бяха с 3 порядъка по-вискозни от водата, те течеха повече от 10 пъти по-бързо от нея.
За да разкрият физиката зад този ефект, екипът на Вучковац въведе трасиращи частици в капчиците. Движението на частиците с течение на времето разкри бърз вътрешен поток в по-малко вискозната капка. Тези потоци карат флуида да проникне в микро- и наномащабните структури в покритието. Това намалява дебелината на въздушната възглавница, предотвратявайки преминаването на въздуха под капката, за да балансира градиента на налягането. За разлика от това, глицеринът почти няма осезаем вътрешен поток, което възпрепятства проникването му в покритието. Това води до по-дебела въздушна възглавница, което улеснява движението на въздуха под капката на едната страна.
Използвайки своите наблюдения, екипът разработи актуализиран хидродинамичен модел, който по-добре предсказва как капчиците се движат през капиляри с различни суперхидрофобни покрития. С по-нататъшна работа, техните открития биха могли да доведат до нови начини за създаване на микрофлуидни устройства, способни да обработват сложни химикали и лекарства.
Physics World представлява ключова част от мисията на IOP Publishing да представя изследвания и иновации от световна класа на възможно най-широка аудитория. Сайтът е част от портфолиото на Physics World, което предоставя колекция от онлайн, дигитални и печатни информационни услуги на световната научна общност.