Physical World'e kaydolduğunuz için teşekkür ederiz. Ayrıntılarınızı istediğiniz zaman değiştirmek isterseniz lütfen hesabımı ziyaret edin.
Bal ve diğer yüksek viskoziteli sıvılar, özel olarak kaplanmış kılcal damarlarda sudan daha hızlı akıyor. Şaşırtıcı bulgu, Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden Maja Vuckovac ve meslektaşları tarafından yapıldı. Aynı araştırmacılar, bu sezgiye aykırı etkinin daha viskoz damlacıklar içindeki iç akışın bastırılmasından kaynaklandığını da gösterdiler. Elde ettikleri sonuçlar, sıvıların süperhidrofobik kılcal damarlarda nasıl aktığına dair mevcut teorik modellerle doğrudan çelişiyor.
Mikroakışkanlık alanı, kılcal damarların sıkıca sınırlandırılmış bölgelerinden sıvı akışını kontrol etmeyi içerir; genellikle tıbbi uygulamalar için cihazların imalatında kullanılır. Düşük viskoziteli sıvılar, hızlı ve zahmetsizce aktıkları için mikroakışkanlık için en iyisidir. Daha yüksek basınçlarda çalıştırılarak daha viskoz sıvılar kullanılabilir; ancak bu, hassas kılcal yapılarda mekanik stresi artırır ve bu da arızaya yol açabilir.
Alternatif olarak, hava yastıklarını hapseden mikro ve nanoyapılar içeren süperhidrofobik bir kaplama kullanılarak akış hızlandırılabilir. Bu yastıklar, sıvı ile yüzey arasındaki temas alanını önemli ölçüde azaltır ve bu da sürtünmeyi azaltarak akışı %65 oranında artırır. Ancak, mevcut teoriye göre, bu akış hızları artan viskoziteyle azalmaya devam eder.
Vuckovac'ın ekibi, yerçekiminin onları süperhidrofobik iç kaplamalara sahip dikey kılcallardan çekmesiyle değişen viskozitelere sahip damlacıklara bakarak bu teoriyi test etti. Damlacıklar sabit hızda hareket ettikçe altlarındaki havayı sıkıştırarak pistondakine benzer bir basınç gradyanı yarattılar.
Damlacıklar açık tüplerde viskozite ile akış hızı arasında beklenen ters ilişkiyi gösterirken, bir veya her iki uç kapatıldığında kurallar tamamen tersine dönüyordu. Etki en çok gliserol damlacıklarında belirgindi; sudan 3 kat daha viskoz olmasına rağmen, sudan 10 kat daha hızlı akıyordu.
Bu etkinin ardındaki fiziği ortaya çıkarmak için Vuckovac'ın ekibi, damlacıklara izleyici parçacıklar yerleştirdi. Parçacıkların zaman içindeki hareketi, daha az viskoz damlacık içinde hızlı bir iç akış olduğunu ortaya çıkardı. Bu akışlar, sıvının kaplamadaki mikro ve nano ölçekli yapılara nüfuz etmesine neden olur. Bu, hava yastığının kalınlığını azaltarak damlacığın altındaki basınçlı havanın basınç gradyanını dengelemek için sıkışmasını önler. Buna karşılık, gliserinin neredeyse hiç algılanabilir iç akışı yoktur ve bu da kaplamanın içine nüfuz etmesini engeller. Bu, daha kalın bir hava yastığı ile sonuçlanır ve damlanın altındaki havanın bir tarafa hareket etmesini kolaylaştırır.
Ekip, gözlemlerini kullanarak damlacıkların farklı süperhidrofobik kaplamalara sahip kılcal damarlarda nasıl hareket ettiğini daha iyi tahmin eden güncellenmiş bir hidrodinamik model geliştirdi. Daha fazla çalışmayla, bulguları karmaşık kimyasalları ve ilaçları işleyebilen mikroakışkan cihazlar yaratmanın yeni yollarına yol açabilir.
Physics World, IOP Publishing'in dünya standartlarındaki araştırma ve inovasyonu mümkün olan en geniş kitleye ulaştırma misyonunun önemli bir bölümünü temsil ediyor. Site, küresel bilim topluluğuna çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetleri sunan Physics World portföyünün bir parçasıdır.