Gràcies per registrar-te a Physical World. Si vols canviar les teves dades en qualsevol moment, visita el meu compte.
La mel i altres líquids altament viscosos flueixen més ràpid que l'aigua en capil·lars especialment recoberts. La sorprenent troballa va ser feta per Maja Vuckovac i els seus col·legues de la Universitat d'Aalto a Finlàndia, que també van demostrar que aquest efecte contraintuïtiu prové de la supressió del flux intern dins de les gotes més viscoses. Els seus resultats contradiuen directament els models teòrics actuals de com flueixen els líquids en capil·lars superhidròfobs.
El camp de la microfluídica implica controlar el flux de líquids a través de regions ben confinades dels capil·lars, generalment per a la fabricació de dispositius per a aplicacions mèdiques. Els fluids de baixa viscositat són els millors per a la microfluídica perquè flueixen ràpidament i sense esforç. Es poden utilitzar fluids més viscosos impulsant-los a pressions més altes, però això augmenta l'estrès mecànic a les delicades estructures capil·lars, cosa que pot provocar fallades.
Alternativament, el flux es pot accelerar mitjançant un recobriment superhidròfob que conté micro i nanoestructures que atrapen coixins d'aire. Aquests coixins redueixen significativament l'àrea de contacte entre el líquid i la superfície, cosa que al seu torn redueix la fricció i augmenta el flux en un 65%. Tanmateix, segons la teoria actual, aquests cabals continuen disminuint a mesura que augmenta la viscositat.
L'equip de Vuckovac va provar aquesta teoria observant gotes de diferents viscositats a mesura que la gravetat les treia de capil·lars verticals amb recobriments interiors superhidròfobs. A mesura que viatgen a velocitat constant, les gotes comprimeixen l'aire que hi ha a sota, creant un gradient de pressió comparable al del pistó.
Mentre que les gotes mostraven la relació inversa esperada entre la viscositat i el cabal en tubs oberts, quan un o tots dos extrems estaven segellats, les regles s'invertien completament. L'efecte va ser més pronunciat amb les gotes de glicerol, tot i que eren 3 ordres de magnitud més viscoses que l'aigua, fluïen més de 10 vegades més ràpid que l'aigua.
Per descobrir la física que hi ha darrere d'aquest efecte, l'equip de Vuckovac va introduir partícules traçadores a les gotes. El moviment de les partícules al llarg del temps va revelar un flux intern ràpid dins de la gota menys viscosa. Aquests fluxos fan que el fluid penetri a les estructures a micro i nanoescala del recobriment. Això redueix el gruix del coixí d'aire, evitant que l'aire pressuritzat que hi ha sota la gota s'escampi per equilibrar el gradient de pressió. En canvi, la glicerina gairebé no té un flux intern perceptible, cosa que inhibeix la seva penetració al recobriment. Això resulta en un coixí d'aire més gruixut, cosa que facilita que l'aire que hi ha sota la gota es mogui cap a un costat.
A partir de les seves observacions, l'equip va desenvolupar un model hidrodinàmic actualitzat que prediu millor com es mouen les gotes a través dels capil·lars amb diferents recobriments superhidròfobs. Amb més treball, les seves troballes podrien conduir a noves maneres de crear dispositius microfluídics capaços de manejar productes químics i fàrmacs complexos.
Physics World representa una part clau de la missió d'IOP Publishing de comunicar la recerca i la innovació de primer nivell al públic més ampli possible. El lloc web forma part del portafoli de Physics World, que ofereix una col·lecció de serveis d'informació en línia, digitals i impresos a la comunitat científica mundial.