Dėkojame, kad užsiregistravote „Physical World“. Jei norite bet kada pakeisti savo duomenis, apsilankykite mano paskyroje.
Medus ir kiti labai klampūs skysčiai specialiai padengtais kapiliarais teka greičiau nei vanduo. Šį stebinantį atradimą padarė Maja Vuckovac ir jos kolegos iš Aalto universiteto Suomijoje, kurie taip pat parodė, kad šis nelogiškas poveikis kyla dėl vidinės tėkmės slopinimo klampesniuose lašeliuose. Jų rezultatai tiesiogiai prieštarauja dabartiniams teoriniams skysčių tekėjimo superhidrofobiniuose kapiliaruose modeliams.
Mikrofluidikos sritis apima skysčių srauto valdymą per sandariai uždarytas kapiliarų sritis – dažniausiai medicininės paskirties prietaisų gamybai. Mažos klampos skysčiai geriausiai tinka mikrofluidikai, nes jie teka greitai ir lengvai. Klampesni skysčiai gali būti naudojami naudojant didesnį slėgį, tačiau tai padidina mechaninį įtempį subtiliose kapiliarų struktūrose, o tai gali sukelti gedimą.
Arba srautą galima pagreitinti naudojant superhidrofobinę dangą, kurioje yra mikro- ir nanostruktūrų, kurios sulaiko oro pagalves. Šios pagalvės žymiai sumažina skysčio ir paviršiaus sąlyčio plotą, o tai savo ruožtu sumažina trintį – padidina srautą 65 %. Tačiau pagal dabartinę teoriją šie srauto greičiai toliau mažėja didėjant klampumui.
Vuckovaco komanda šią teoriją patikrino tyrinėdama įvairaus klampumo lašelius, kuriuos gravitacija traukė iš vertikalių kapiliarų su superhidrofobinėmis vidinėmis dangomis. Lašeliams judant pastoviu greičiu, jie suspaudžia po savimi esantį orą, sukurdami slėgio gradientą, panašų į tą, kuris susidaro stūmoklyje.
Nors atviruose vamzdeliuose lašeliai rodė atvirkštinį klampumo ir tekėjimo greičio ryšį, kai vienas ar abu galai buvo sandarūs, taisyklės buvo visiškai atvirkštinės. Poveikis buvo ryškiausias su glicerolio lašeliais – nors jie buvo 3 dydžio eilėmis klampesni už vandenį, jie tekėjo daugiau nei 10 kartų greičiau nei vanduo.
Siekdama atskleisti šio efekto fizikinius dėsnius, Vuckovaco komanda į lašelius įvedė žymeklio dalelių. Dalelių judėjimas laikui bėgant atskleidė greitą vidinį srautą mažiau klampaus lašelio viduje. Dėl šių srautų skystis prasiskverbia į dangos mikro ir nano struktūras. Tai sumažina oro pagalvės storį, neleisdama po lašeliu esančiam suslėgtam orui prasiskverbti ir subalansuoti slėgio gradiento. Priešingai, glicerinas beveik neturi juntamo vidinio srauto, todėl negali prasiskverbti į dangą. Dėl to susidaro storesnė oro pagalvė, todėl orui po lašeliu lengviau judėti į vieną pusę.
Remdamasi savo stebėjimais, komanda sukūrė atnaujintą hidrodinaminį modelį, kuris geriau prognozuoja, kaip lašeliai juda kapiliarais su skirtingomis superhidrofobinėmis dangomis. Tolesni darbai gali padėti atrasti naujų būdų, kaip sukurti mikrofluidinius įrenginius, galinčius apdoroti sudėtingas chemines medžiagas ir vaistus.
„Physics World“ yra svarbi „IOP Publishing“ misijos dalis – kuo platesnei auditorijai pristatyti pasaulinio lygio mokslinius tyrimus ir inovacijas. Ši svetainė yra „Physics World“ portfelio, teikiančio internetinių, skaitmeninių ir spausdintinių informacijos paslaugų rinkinį pasaulinei mokslo bendruomenei, dalis.