Grazas por rexistrarte en Physical World. Se queres cambiar os teus datos en calquera momento, visita a miña conta.
O mel e outros líquidos moi viscosos flúen máis rápido que a auga en capilares especialmente revestidos. O sorprendente descubrimento foi realizado por Maja Vuckovac e os seus colegas da Universidade de Aalto en Finlandia, que tamén demostraron que este efecto contraintuitivo provén da supresión do fluxo interno dentro das pingas máis viscosas. Os seus resultados contradín directamente os modelos teóricos actuais de como flúen os líquidos en capilares superhidrófobos.
O campo da microfluídica implica controlar o fluxo de líquidos a través de rexións moi confinadas de capilares, xeralmente para a fabricación de dispositivos para aplicacións médicas. Os fluídos de baixa viscosidade son os mellores para a microfluídica porque flúen rapidamente e sen esforzo. Pódense usar fluídos máis viscosos impulsándoos a presións máis altas, pero isto aumenta a tensión mecánica nas delicadas estruturas capilares, o que pode provocar fallos.
Alternativamente, o fluxo pódese acelerar mediante un revestimento superhidrófobo que contén microestruturas e nanoestruturas que atrapan coxíns de aire. Estes coxíns reducen significativamente a área de contacto entre o líquido e a superficie, o que á súa vez reduce a fricción, aumentando o fluxo nun 65 %. Non obstante, segundo a teoría actual, estes caudais seguen diminuíndo ao aumentar a viscosidade.
O equipo de Vuckovac puxo a proba esta teoría observando pingas de diferentes viscosidades mentres a gravidade as tiraba de capilares verticais con revestimentos internos superhidrófobos. Ao viaxar a velocidade constante, as pingas comprimen o aire debaixo delas, creando un gradiente de presión comparable ao do pistón.
Aínda que as pingas mostraban a relación inversa esperada entre a viscosidade e o caudal en tubos abertos, cando un ou ambos os extremos estaban selados, as regras invertíanse completamente. O efecto foi máis pronunciado coas pingas de glicerol: aínda que eran 3 ordes de magnitude máis viscosas que a auga, fluían máis de 10 veces máis rápido que a auga.
Para descubrir a física que subxace a este efecto, o equipo de Vuckovac introduciu partículas trazadoras nas pingas. O movemento das partículas ao longo do tempo revelou un fluxo interno rápido dentro da pinga menos viscosa. Estes fluxos fan que o fluído penetre nas estruturas a micro e nanoescala do revestimento. Isto reduce o grosor do colchón de aire, o que impide que o aire presurizado debaixo da pinga se filtre para equilibrar o gradiente de presión. Pola contra, a glicerina case non ten fluxo interno perceptible, o que inhibe a súa penetración no revestimento. Isto resulta nun colchón de aire máis groso, o que facilita que o aire debaixo da pinga se mova cara a un lado.
Usando as súas observacións, o equipo desenvolveu un modelo hidrodinámico actualizado que predí mellor como se moven as gotas a través dos capilares con diferentes revestimentos superhidrófobos. Con máis traballo, os seus achados poderían levar a novas formas de crear dispositivos microfluídicos capaces de manexar produtos químicos e fármacos complexos.
Physics World representa unha parte fundamental da misión de IOP Publishing de comunicar a investigación e a innovación de primeiro nivel ao público máis amplo posible. O sitio forma parte da carteira de Physics World, que ofrece unha colección de servizos de información en liña, dixitais e impresas á comunidade científica mundial.