ขอบคุณที่สมัครใช้งาน Physical World หากคุณต้องการเปลี่ยนแปลงรายละเอียดใดๆ โปรดไปที่บัญชีของฉัน
น้ำผึ้งและของเหลวที่มีความหนืดสูงอื่นๆ ไหลเร็วกว่าน้ำในหลอดแคปิลลารีที่เคลือบด้วยสารพิเศษ การค้นพบที่น่าประหลาดใจนี้เกิดขึ้นโดย Maja Vuckovac และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Aalto ในฟินแลนด์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ที่ดูขัดแย้งกับสามัญสำนึกนี้เกิดจากการยับยั้งการไหลภายในของหยดของเหลวที่มีความหนืดสูงกว่า ผลลัพธ์ของพวกเขาขัดแย้งโดยตรงกับแบบจำลองทางทฤษฎีในปัจจุบันเกี่ยวกับการไหลของของเหลวในหลอดแคปิลลารีที่มีคุณสมบัติกันน้ำได้ดีเยี่ยม
สาขาไมโครฟลูอิดิกส์เกี่ยวข้องกับการควบคุมการไหลของของเหลวผ่านบริเวณที่จำกัดอย่างแน่นหนาของท่อแคปิลลารี ซึ่งโดยปกติแล้วจะใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ของเหลวที่มีความหนืดต่ำเหมาะสมที่สุดสำหรับไมโครฟลูอิดิกส์ เนื่องจากไหลได้เร็วและง่ายดาย ของเหลวที่มีความหนืดสูงกว่าสามารถใช้ได้โดยการเพิ่มแรงดัน แต่จะเพิ่มความเครียดทางกลในโครงสร้างแคปิลลารีที่บอบบาง ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายได้
อีกทางเลือกหนึ่งคือ สามารถเร่งการไหลได้โดยใช้สารเคลือบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกที่มีโครงสร้างระดับไมโครและนาโนซึ่งดักจับฟองอากาศ ฟองอากาศเหล่านี้ช่วยลดพื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวกับพื้นผิวได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทานและทำให้การไหลเพิ่มขึ้น 65% อย่างไรก็ตาม ตามทฤษฎีปัจจุบัน อัตราการไหลเหล่านี้จะลดลงเรื่อยๆ เมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น
ทีมของ Vuckovac ทดสอบทฤษฎีนี้โดยการสังเกตหยดน้ำที่มีความหนืดต่างกัน ขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงพวกมันออกจากท่อแคปิลลารีแนวตั้งที่มีการเคลือบด้านในแบบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิก เมื่อหยดน้ำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ พวกมันจะบีบอัดอากาศด้านล่าง ทำให้เกิดการไล่ระดับความดันที่เทียบได้กับความดันในลูกสูบ
ในขณะที่หยดของเหลวแสดงความสัมพันธ์ผกผันระหว่างความหนืดและอัตราการไหลตามที่คาดไว้ในท่อเปิด แต่เมื่อปิดปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน กฎเกณฑ์กลับพลิกผันอย่างสิ้นเชิง ผลกระทบนี้เด่นชัดที่สุดกับหยดกลีเซอรอล แม้ว่าจะมีความหนืดมากกว่าน้ำถึง 3 เท่า แต่กลับไหลเร็วกว่าน้ำมากกว่า 10 เท่า
เพื่อไขปริศนาทางฟิสิกส์เบื้องหลังปรากฏการณ์นี้ ทีมของ Vuckovac ได้ใส่สารติดตามอนุภาคเข้าไปในหยดของเหลว การเคลื่อนที่ของอนุภาคเมื่อเวลาผ่านไปเผยให้เห็นการไหลภายในที่รวดเร็วในหยดของเหลวที่มีความหนืดต่ำ การไหลเหล่านี้ทำให้ของเหลวแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างระดับไมโครและนาโนในสารเคลือบ ซึ่งจะลดความหนาของชั้นอากาศ ป้องกันไม่ให้อากาศอัดใต้หยดของเหลวแทรกซึมผ่านเพื่อปรับสมดุลความดัน ในทางตรงกันข้าม กลีเซอรีนแทบไม่มีการไหลภายในที่สังเกตได้ ทำให้การแทรกซึมเข้าไปในสารเคลือบถูกยับยั้ง ส่งผลให้ชั้นอากาศหนาขึ้น ทำให้ง่ายขึ้นที่อากาศใต้หยดของเหลวจะเคลื่อนตัวไปด้านใดด้านหนึ่ง
จากการสังเกตการณ์ ทีมวิจัยได้พัฒนารูปแบบจำลองทางอุทกพลศาสตร์ที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ ซึ่งสามารถทำนายการเคลื่อนที่ของหยดน้ำผ่านท่อแคปิลลารีที่มีสารเคลือบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกที่แตกต่างกันได้ดียิ่งขึ้น ด้วยการวิจัยเพิ่มเติม ผลการค้นพบนี้อาจนำไปสู่แนวทางใหม่ในการสร้างอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกที่สามารถจัดการกับสารเคมีและยาที่ซับซ้อนได้
Physics World เป็นส่วนสำคัญของพันธกิจของ IOP Publishing ในการสื่อสารงานวิจัยและนวัตกรรมระดับโลกไปยังกลุ่มเป้าหมายที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เว็บไซต์นี้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มผลิตภัณฑ์ Physics World ซึ่งให้บริการข้อมูลออนไลน์ ดิจิทัล และสิ่งพิมพ์แก่ชุมชนวิทยาศาสตร์ทั่วโลก