Paldies, ka reģistrējāties pakalpojumā Physical World. Ja vēlaties jebkurā laikā mainīt savu informāciju, lūdzu, apmeklējiet manu kontu.
Medus un citi ļoti viskozi šķidrumi plūst ātrāk nekā ūdens speciāli pārklātos kapilāros. Pārsteidzošo atklājumu veica Maja Vuckovaca un viņas kolēģi no Aalto Universitātes Somijā, kuri arī parādīja, ka šis neintuitīvais efekts izriet no iekšējās plūsmas nomākšanas viskozākos pilienos. Viņu rezultāti ir tieši pretrunā ar pašreizējiem teorētiskajiem modeļiem par to, kā šķidrumi plūst superhidrofobos kapilāros.
Mikrofluidikas joma ietver šķidrumu plūsmas kontroli caur cieši noslēgtiem kapilāru apgabaliem — parasti medicīnisko ierīču ražošanai. Mikrofluidikai vislabāk piemēroti zemas viskozitātes šķidrumi, jo tie plūst ātri un bez piepūles. Viskozākus šķidrumus var izmantot, darbinot tos ar augstāku spiedienu, taču tas palielina mehānisko spriegumu jutīgās kapilāru struktūrās, kas var izraisīt bojājumus.
Alternatīvi, plūsmu var paātrināt, izmantojot superhidrofobisku pārklājumu, kas satur mikro- un nanostruktūras, kuras aiztur gaisa spilvenus. Šie spilveni ievērojami samazina saskares laukumu starp šķidrumu un virsmu, kas savukārt samazina berzi, palielinot plūsmu par 65%. Tomēr saskaņā ar pašreizējo teoriju šie plūsmas ātrumi turpina samazināties, palielinoties viskozitātei.
Vukovaca komanda pārbaudīja šo teoriju, aplūkojot dažādas viskozitātes pilienus, kurus gravitācija vilka no vertikāliem kapilāriem ar superhidrofobiskiem iekšējiem pārklājumiem. Pārvietojoties ar nemainīgu ātrumu, pilieni saspiež zem tiem esošo gaisu, radot spiediena gradientu, kas ir salīdzināms ar virzuļa gradientu.
Lai gan pilieniņi atvērtās caurulēs uzrādīja paredzamo apgriezto attiecību starp viskozitāti un plūsmas ātrumu, kad viens vai abi gali bija noslēgti, noteikumi bija pilnībā pretēji. Ietekme bija visizteiktākā ar glicerīna pilieniem — lai gan tie bija par 3 lieluma kārtām viskozāki nekā ūdens, tie plūda vairāk nekā 10 reizes ātrāk nekā ūdens.
Lai atklātu šī efekta fizikālo pamatojumu, Vuckovaca komanda pilienos ievadīja marķierdaļiņas. Daļiņu kustība laika gaitā atklāja ātru iekšējo plūsmu mazāk viskozā pilienā. Šīs plūsmas izraisa šķidruma iekļūšanu pārklājuma mikro un nano mēroga struktūrās. Tas samazina gaisa spilvena biezumu, neļaujot zem piliena esošajam spiediena gaisam izspiesties cauri, lai līdzsvarotu spiediena gradientu. Turpretī glicerīnam gandrīz nav jūtamas iekšējās plūsmas, kas kavē tā iekļūšanu pārklājumā. Tas rada biezāku gaisa spilvenu, kas atvieglo gaisa pārvietošanos zem piliena uz vienu pusi.
Izmantojot savus novērojumus, komanda izstrādāja atjauninātu hidrodinamisko modeli, kas labāk prognozē, kā pilieni pārvietojas pa kapilāriem ar dažādiem superhidrofobiskiem pārklājumiem. Turpinot darbu, viņu atklājumi varētu novest pie jauniem veidiem, kā izveidot mikrofluidikas ierīces, kas spēj apstrādāt sarežģītas ķīmiskas vielas un zāles.
Vietne “Physics World” ir būtiska IOP Publishing misijas sastāvdaļa, lai pēc iespējas plašākai auditorijai sniegtu informāciju par pasaules līmeņa pētniecību un inovācijām. Vietne ir daļa no “Physics World” portfeļa, kas nodrošina tiešsaistes, digitālo un drukāto informācijas pakalpojumu kolekciju pasaules zinātnieku kopienai.