Täname teid Physical Worldi registreerumise eest. Kui soovite oma andmeid igal ajal muuta, külastage minu kontot.
Mesi ja teised väga viskoossed vedelikud voolavad spetsiaalselt kaetud kapillaarides kiiremini kui vesi. Üllatava avastuse tegid Maja Vuckovac ja tema kolleegid Aalto Ülikoolist Soomes, kes näitasid ka, et see vastuoluline efekt tuleneb sisemise voolu pärssimisest viskoossemates tilkades. Nende tulemused on otseses vastuolus praeguste teoreetiliste mudelitega selle kohta, kuidas vedelikud voolavad superhüdrofoobsetes kapillaarides.
Mikrofluidika valdkond hõlmab vedelike voolu juhtimist kapillaaride tihedalt piiratud piirkondades – tavaliselt meditsiiniliste rakenduste seadmete tootmiseks. Madala viskoossusega vedelikud sobivad mikrofluidika jaoks kõige paremini, kuna need voolavad kiiresti ja pingutuseta. Viskoossemaid vedelikke saab kasutada kõrgema rõhu all, kuid see suurendab õrnade kapillaarstruktuuride mehaanilist pinget, mis võib viia riketeni.
Teise võimalusena saab voolu kiirendada superhüdrofoobse katte abil, mis sisaldab õhkpatju püüdvaid mikro- ja nanostruktuure. Need padjad vähendavad oluliselt vedeliku ja pinna vahelist kontaktpinda, mis omakorda vähendab hõõrdumist – suurendades voolu 65%. Praeguse teooria kohaselt aga vähenevad need voolukiirused viskoossuse suurenemisega jätkuvalt.
Vuckovaci meeskond testis seda teooriat, uurides erineva viskoossusega tilku, mida gravitatsioon vertikaalsetest kapillaaridest, millel oli superhüdrofoobne sisekate, välja tõmbas. Konstantse kiirusega liikudes suruvad tilgad enda all olevat õhku kokku, tekitades rõhugradiendi, mis on võrreldav kolvis oleva rõhugradiendiga.
Kuigi avatud torudes näitasid tilgad viskoossuse ja voolukiiruse vahel oodatavat pöördvõrdelist seost, siis kui üks või mõlemad otsad olid suletud, olid reeglid täiesti vastupidised. Mõju oli kõige ilmekam glütseroolitilkade puhul – kuigi need olid kolm suurusjärku viskoossemad kui vesi, voolas see rohkem kui 10 korda kiiremini kui vesi.
Selle efekti füüsikalise tausta paljastamiseks viis Vuckovaci meeskond tilkadesse jälgijaosakesi. Osakeste liikumine aja jooksul näitas vähem viskoosse tilga sees kiiret sisemist voolu. Need voolud põhjustavad vedeliku tungimise katte mikro- ja nanomõõtmetesse. See vähendab õhkpadja paksust, takistades tilga all oleva rõhu all oleva õhu läbi pigistamist ja rõhugradiendi tasakaalustamist. Seevastu glütseriinil puudub peaaegu igasugune tajutav sisemine vool, mis takistab selle tungimist kattesse. Selle tulemuseks on paksem õhkpadi, mis hõlbustab tilga all oleva õhu liikumist ühele poole.
Oma vaatluste põhjal töötas meeskond välja ajakohastatud hüdrodünaamilise mudeli, mis ennustab paremini, kuidas tilgad liiguvad läbi kapillaaride erinevate superhüdrofoobsete katetega. Edasise töö käigus võivad nende leiud viia uute viisideni mikrofluidsete seadmete loomiseks, mis on võimelised käitlema keerulisi kemikaale ja ravimeid.
Physics World on IOP Publishingu missioonile oluline osa, milleks on maailmatasemel teadusuuringute ja innovatsiooni edastamine võimalikult laiale publikule. Sait on osa Physics Worldi portfellist, mis pakub ülemaailmsele teadusringkonnale veebi-, digitaalsete ja trükitud teabeteenuste kogu.