Terima kasih kerana mendaftar untuk Physical World. Jika anda ingin menukar butiran anda pada bila-bila masa, sila lawati akaun saya.
Madu dan cecair lain yang sangat likat mengalir lebih cepat daripada air dalam kapilari bersalut khas. Penemuan mengejutkan itu dibuat oleh Maja Vuckovac dan rakan sekerja di Universiti Aalto di Finland, yang juga menunjukkan bahawa kesan yang bertentangan dengan intuisi ini berpunca daripada penindasan aliran dalaman dalam titisan yang lebih likat. Keputusan mereka secara langsung bercanggah dengan model teori semasa tentang bagaimana cecair mengalir dalam kapilari superhidrofobik.
Bidang mikrofluidik melibatkan kawalan aliran cecair melalui kawasan kapilari yang terkurung rapat—biasanya untuk pembuatan peranti untuk aplikasi perubatan. Bendalir kelikatan rendah adalah yang terbaik untuk mikrofluidik kerana ia mengalir dengan cepat dan mudah. ​​Bendalir yang lebih likat boleh digunakan dengan memacunya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ini meningkatkan tekanan mekanikal dalam struktur kapilari yang halus — yang boleh mengakibatkan kegagalan.
Secara alternatif, aliran boleh dipercepatkan menggunakan salutan superhidrofobik yang mengandungi mikro dan nanostruktur yang memerangkap kusyen udara. Kusyen ini mengurangkan luas sentuhan antara cecair dan permukaan dengan ketara, yang seterusnya mengurangkan geseran – meningkatkan aliran sebanyak 65%. Walau bagaimanapun, menurut teori semasa, kadar aliran ini terus berkurangan dengan peningkatan kelikatan.
Pasukan Vuckovac menguji teori ini dengan melihat titisan dengan kelikatan yang berbeza-beza apabila graviti menariknya dari kapilari menegak dengan salutan dalaman superhidrofobik. Semasa ia bergerak pada kelajuan malar, titisan memampatkan udara di bawahnya, menghasilkan kecerunan tekanan yang setanding dengan tekanan di dalam omboh.
Walaupun titisan menunjukkan hubungan songsang yang dijangkakan antara kelikatan dan kadar aliran dalam tiub terbuka, apabila satu atau kedua-dua hujung ditutup rapat, peraturan tersebut terbalik sepenuhnya. Kesannya paling ketara dengan titisan gliserol—walaupun 3 peringkat magnitud lebih likat daripada air, ia mengalir lebih daripada 10 kali lebih pantas daripada air.
Untuk mendedahkan fizik di sebalik kesan ini, pasukan Vuckovac memperkenalkan zarah pengesan ke dalam titisan. Gerakan zarah dari semasa ke semasa mendedahkan aliran dalaman yang pantas dalam titisan yang kurang likat. Aliran ini menyebabkan bendalir menembusi struktur skala mikro dan nano dalam salutan. Ini mengurangkan ketebalan kusyen udara, menghalang udara bertekanan di bawah titisan daripada meresap masuk untuk mengimbangi kecerunan tekanan. Sebaliknya, gliserin hampir tidak mempunyai aliran dalaman yang dapat dilihat, menghalang penembusannya ke dalam salutan. Ini menghasilkan kusyen udara yang lebih tebal, menjadikannya lebih mudah untuk udara di bawah titisan bergerak ke satu sisi.
Menggunakan pemerhatian mereka, pasukan itu membangunkan model hidrodinamik terkini yang dapat meramalkan dengan lebih baik bagaimana titisan bergerak melalui kapilari dengan lapisan superhidrofobik yang berbeza. Dengan kajian lanjut, penemuan mereka boleh membawa kepada cara baharu untuk mencipta peranti mikrofluidik yang mampu mengendalikan bahan kimia dan ubat-ubatan yang kompleks.
Physics World mewakili bahagian penting dalam misi IOP Publishing untuk menyampaikan penyelidikan dan inovasi bertaraf dunia kepada khalayak seluas mungkin. Laman ini merupakan sebahagian daripada portfolio Physics World, yang menyediakan koleksi perkhidmatan maklumat dalam talian, digital dan cetak kepada komuniti saintifik global.