Îți mulțumesc că te-ai înscris pe Physical World. Dacă dorești să-ți modifici datele oricând, te rugăm să vizitezi contul meu.
Mierea și alte lichide cu vâscozitate ridicată curg mai repede decât apa în capilarele special acoperite. Descoperirea surprinzătoare a fost făcută de Maja Vuckovac și colegii săi de la Universitatea Aalto din Finlanda, care au arătat, de asemenea, că acest efect contraintuitiv provine din suprimarea fluxului intern în picăturile mai vâscoase. Rezultatele lor contrazic direct modelele teoretice actuale despre modul în care lichidele curg în capilarele superhidrofobe.
Domeniul microfluidicii implică controlul fluxului de lichide prin regiunile strâns închise ale capilarelor - de obicei pentru fabricarea de dispozitive pentru aplicații medicale. Fluidele cu vâscozitate scăzută sunt cele mai bune pentru microfluidică, deoarece curg rapid și fără efort. Fluidele mai vâscoase pot fi utilizate prin antrenarea lor la presiuni mai mari, dar acest lucru crește stresul mecanic în structurile capilare delicate - ceea ce poate duce la defecțiuni.
Alternativ, curgerea poate fi accelerată folosind un înveliș superhidrofob care conține micro- și nanostructuri ce captează perne de aer. Aceste perne reduc semnificativ suprafața de contact dintre lichid și suprafață, ceea ce la rândul său reduce frecarea – crescând curgerea cu 65%. Cu toate acestea, conform teoriei actuale, aceste debite continuă să scadă odată cu creșterea vâscozității.
Echipa lui Vuckovac a testat această teorie analizând picături de diferite vâscozități pe măsură ce gravitația le trăgea din capilarele verticale cu acoperiri interioare superhidrofobe. Pe măsură ce se deplasează cu viteză constantă, picăturile comprimă aerul de sub ele, creând un gradient de presiune comparabil cu cel din piston.
În timp ce picăturile au prezentat relația inversă așteptată între vâscozitate și debit în tuburile deschise, atunci când unul sau ambele capete au fost sigilate, regulile au fost complet inversate. Efectul a fost cel mai pronunțat în cazul picăturilor de glicerol - chiar dacă sunt de 3 ordine de mărime mai vâscoase decât apa, acestea curgeau de peste 10 ori mai repede decât apa.
Pentru a descoperi fizica din spatele acestui efect, echipa lui Vuckovac a introdus particule trasor în picături. Mișcarea particulelor în timp a relevat un flux intern rapid în interiorul picăturii mai puțin vâscoase. Aceste fluxuri determină fluidul să pătrundă în structurile la scară micro și nanometrică din înveliș. Acest lucru reduce grosimea pernei de aer, împiedicând aerul sub presiune de sub picătură să se strecoare pentru a echilibra gradientul de presiune. În schimb, glicerina nu are aproape niciun flux intern perceptibil, inhibând penetrarea acesteia în înveliș. Acest lucru are ca rezultat o pernă de aer mai groasă, facilitând deplasarea aerului de sub picătură într-o parte.
Folosind observațiile lor, echipa a dezvoltat un model hidrodinamic actualizat care prezice mai bine modul în care picăturile se mișcă prin capilarele cu diferite acoperiri superhidrofobe. Prin lucrări suplimentare, descoperirile lor ar putea duce la noi modalități de a crea dispozitive microfluidice capabile să manipuleze substanțe chimice și medicamente complexe.
Physics World reprezintă o parte cheie a misiunii IOP Publishing de a comunica cercetarea și inovația de talie mondială către un public cât mai larg posibil. Site-ul face parte din portofoliul Physics World, care oferă o colecție de servicii de informații online, digitale și tipărite comunității științifice globale.