Σας ευχαριστούμε που εγγραφήκατε στο Physical World. Εάν θέλετε να αλλάξετε τα στοιχεία σας οποιαδήποτε στιγμή, επισκεφθείτε τον λογαριασμό μου.
Το μέλι και άλλα υγρά με υψηλό ιξώδες ρέουν ταχύτερα από το νερό σε ειδικά επικαλυμμένα τριχοειδή αγγεία. Το εκπληκτικό εύρημα έγινε από τη Maja Vuckovac και τους συναδέλφους της στο Πανεπιστήμιο Aalto στη Φινλανδία, οι οποίοι έδειξαν επίσης ότι αυτό το αντίθετο από τη διαίσθηση αποτέλεσμα προέρχεται από την καταστολή της εσωτερικής ροής μέσα σε πιο ιξώδη σταγονίδια. Τα αποτελέσματά τους έρχονται σε άμεση αντίθεση με τα τρέχοντα θεωρητικά μοντέλα για το πώς ρέουν τα υγρά σε υπερυδρόφοβα τριχοειδή αγγεία.
Ο τομέας της μικρορευστομηχανικής περιλαμβάνει τον έλεγχο της ροής υγρών μέσω στενά περιορισμένων περιοχών τριχοειδών αγγείων — συνήθως για την κατασκευή συσκευών για ιατρικές εφαρμογές. Τα ρευστά χαμηλού ιξώδους είναι τα καλύτερα για τη μικρορευστομηχανική επειδή ρέουν γρήγορα και αβίαστα. Τα πιο ιξώδη ρευστά μπορούν να χρησιμοποιηθούν οδηγώντας τα σε υψηλότερες πιέσεις, αλλά αυτό αυξάνει τη μηχανική καταπόνηση στις ευαίσθητες τριχοειδείς δομές — κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία.
Εναλλακτικά, η ροή μπορεί να επιταχυνθεί χρησιμοποιώντας μια υπερυδρόφοβη επικάλυψη που περιέχει μικρο- και νανοδομές που παγιδεύουν τα μαξιλάρια αέρα. Αυτά τα μαξιλάρια μειώνουν σημαντικά την επιφάνεια επαφής μεταξύ του υγρού και της επιφάνειας, γεγονός που με τη σειρά του μειώνει την τριβή - αυξάνοντας τη ροή κατά 65%. Ωστόσο, σύμφωνα με την τρέχουσα θεωρία, αυτοί οι ρυθμοί ροής συνεχίζουν να μειώνονται με την αύξηση του ιξώδους.
Η ομάδα του Βούκοβατς εξέτασε αυτή τη θεωρία εξετάζοντας σταγονίδια ποικίλου ιξώδους καθώς η βαρύτητα τα τράβηξε από κατακόρυφα τριχοειδή αγγεία με υπερυδρόφοβα εσωτερικά επιστρώματα. Καθώς ταξιδεύουν με σταθερή ταχύτητα, τα σταγονίδια συμπιέζουν τον αέρα από κάτω τους, δημιουργώντας μια κλίση πίεσης συγκρίσιμη με αυτή στο έμβολο.
Ενώ τα σταγονίδια έδειξαν την αναμενόμενη αντίστροφη σχέση μεταξύ ιξώδους και ρυθμού ροής σε ανοιχτούς σωλήνες, όταν το ένα ή και τα δύο άκρα ήταν σφραγισμένα, οι κανόνες αντιστράφηκαν εντελώς. Το φαινόμενο ήταν πιο έντονο με τα σταγονίδια γλυκερόλης - παρόλο που ήταν 3 τάξεις μεγέθους πιο ιξώδη από το νερό, έρεε περισσότερο από 10 φορές πιο γρήγορα από το νερό.
Για να αποκαλύψει τη φυσική πίσω από αυτό το φαινόμενο, η ομάδα του Vuckovac εισήγαγε σωματίδια ιχνηθέτη στα σταγονίδια. Η κίνηση των σωματιδίων με την πάροδο του χρόνου αποκάλυψε μια γρήγορη εσωτερική ροή μέσα στο λιγότερο ιξώδες σταγονίδιο. Αυτές οι ροές προκαλούν τη διείσδυση του υγρού στις μικρο- και νανο-δομές της επικάλυψης. Αυτό μειώνει το πάχος του μαξιλαριού αέρα, εμποδίζοντας τον πεπιεσμένο αέρα κάτω από το σταγονίδιο να συμπιεστεί για να εξισορροπήσει την κλίση πίεσης. Αντίθετα, η γλυκερίνη δεν έχει σχεδόν καμία αισθητή εσωτερική ροή, εμποδίζοντας τη διείσδυσή της στην επικάλυψη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα παχύτερο μαξιλάρι αέρα, καθιστώντας ευκολότερο για τον αέρα κάτω από τη σταγόνα να μετακινηθεί προς τη μία πλευρά.
Χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις τους, η ομάδα ανέπτυξε ένα ενημερωμένο υδροδυναμικό μοντέλο που προβλέπει καλύτερα πώς τα σταγονίδια κινούνται μέσω τριχοειδών αγγείων με διαφορετικές υπερυδρόφοβες επικαλύψεις. Με περαιτέρω εργασία, τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους δημιουργίας μικρορευστομηχανικών συσκευών ικανών να χειρίζονται πολύπλοκες χημικές ουσίες και φάρμακα.
Το Physics World αντιπροσωπεύει ένα βασικό μέρος της αποστολής του IOP Publishing να επικοινωνεί την έρευνα και την καινοτομία παγκόσμιας κλάσης στο ευρύτερο δυνατό κοινό. Ο ιστότοπος αποτελεί μέρος του χαρτοφυλακίου Physics World, το οποίο παρέχει μια συλλογή από διαδικτυακές, ψηφιακές και έντυπες υπηρεσίες πληροφόρησης στην παγκόσμια επιστημονική κοινότητα.