Physical World'e kaydolduğunuz için teşekkür ederiz. Bilgilerinizi dilediğiniz zaman değiştirmek isterseniz, lütfen hesabımı ziyaret edin.
Bal ve diğer yüksek viskoziteli sıvılar, özel kaplamalı kılcal borularda sudan daha hızlı akar. Bu şaşırtıcı bulgu, Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden Maja Vuckovac ve meslektaşları tarafından yapıldı ve bu sezgisel olmayan etkinin, daha viskoz damlacıklar içindeki iç akışın bastırılmasından kaynaklandığını da gösterdiler. Sonuçları, sıvıların süperhidrofobik kılcal borularda nasıl aktığına dair mevcut teorik modellerle doğrudan çelişiyor.
Mikroakışkanlar alanı, genellikle tıbbi uygulamalar için cihazların üretiminde kullanılan, kılcal damarların sıkıca sınırlandırılmış bölgelerinden sıvıların akışını kontrol etmeyi içerir. Düşük viskoziteli sıvılar, hızlı ve zahmetsizce aktıkları için mikroakışkanlar için en iyisidir. Daha viskoz sıvılar, daha yüksek basınçlarda çalıştırılarak kullanılabilir, ancak bu, hassas kılcal yapılarda mekanik stresi artırır ve bu da arızaya yol açabilir.
Alternatif olarak, hava yastıklarını hapseden mikro ve nano yapılar içeren süperhidrofobik bir kaplama kullanılarak akış hızlandırılabilir. Bu yastıklar, sıvı ile yüzey arasındaki temas alanını önemli ölçüde azaltır, bu da sürtünmeyi azaltarak akışı %65 oranında artırır. Bununla birlikte, mevcut teoriye göre, bu akış hızları viskozite arttıkça azalmaya devam eder.
Vuckovac'ın ekibi, süperhidrofobik iç kaplamalara sahip dikey kılcal borulardan yerçekimi etkisiyle çekilen farklı viskozitelerdeki damlacıkları inceleyerek bu teoriyi test etti. Damlacıklar sabit hızda hareket ederken, altlarındaki havayı sıkıştırarak piston içindekine benzer bir basınç gradyanı oluştururlar.
Damlacıklar açık tüplerde viskozite ve akış hızı arasında beklenen ters ilişkiyi gösterirken, bir veya her iki ucu kapatıldığında kurallar tamamen tersine döndü. Bu etki, özellikle gliserol damlacıklarında en 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 ekledi. Parçacıkların zaman içindeki hareketi, daha az viskoz olan damlacık içinde hızlı bir iç akış olduğunu ortaya koydu. 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 dışarı sızmasını engeller. Buna karşılık, gliserin neredeyse hiç algılanabilir iç akışa sahip değildir ve bu da kaplamaya nüfuz etmesini engeller. Bu, daha kalın bir hava yastığına neden olarak, damlacığın altındaki havanın bir tarafa doğru hareket etmesini kolaylaştırır.
Ekip, gözlemlerini kullanarak, farklı süperhidrofobik kaplamalara sahip kılcal damarlardan damlacıkların nasıl hareket ettiğini daha iyi tahmin eden güncellenmiş bir hidrodinamik model geliştirdi. Daha fazla çalışma ile bulguları, karmaşık kimyasalları ve ilaçları işleyebilen mikroakışkan cihazlar oluşturmanın yeni yollarına yol açabilir.
Physics World, IOP Publishing'in dünya standartlarındaki araştırma ve yenilikleri mümkün olan en geniş kitleye iletme misyonunun önemli bir parçasını temsil etmektedir. Site, küresel bilim camiasına çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetleri sunan Physics World portföyünün bir parçasıdır.