Cảm ơn bạn đã đăng ký Physical World Nếu bạn muốn thay đổi thông tin chi tiết của mình bất kỳ lúc nào, vui lòng truy cập tài khoản của tôi
Mật ong và các chất lỏng có độ nhớt cao khác chảy nhanh hơn nước trong các mao quản được phủ một lớp đặc biệt. Phát hiện đáng ngạc nhiên này được thực hiện bởi Maja Vuckovac và các đồng nghiệp tại Đại học Aalto ở Phần Lan, những người cũng chỉ ra rằng hiệu ứng phản trực giác này bắt nguồn từ việc ngăn chặn dòng chảy bên trong các giọt có độ nhớt cao hơn. Kết quả của họ hoàn toàn trái ngược với các mô hình lý thuyết hiện tại về cách chất lỏng chảy trong các mao quản siêu kỵ nước.
Lĩnh vực vi lưu chất liên quan đến việc kiểm soát dòng chảy của chất lỏng qua các vùng mao quản bị giới hạn chặt chẽ—thường là để sản xuất các thiết bị ứng dụng trong y tế. Chất lỏng có độ nhớt thấp là tốt nhất cho vi lưu chất vì chúng chảy nhanh và dễ dàng. Có thể sử dụng chất lỏng có độ nhớt cao hơn bằng cách truyền chúng ở áp suất cao hơn, nhưng điều này làm tăng ứng suất cơ học trong các cấu trúc mao quản mỏng manh — có thể dẫn đến hỏng hóc.
Ngoài ra, dòng chảy có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng lớp phủ siêu kỵ nước có chứa các cấu trúc vi mô và nano giúp giữ lại các đệm khí. Những đệm khí này làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt, từ đó làm giảm ma sát – tăng lưu lượng lên 65%. Tuy nhiên, theo lý thuyết hiện tại, các tốc độ dòng chảy này tiếp tục giảm khi độ nhớt tăng.
Nhóm của Vuckovac đã thử nghiệm lý thuyết này bằng cách quan sát các giọt có độ nhớt khác nhau khi trọng lực kéo chúng ra khỏi các mao quản thẳng đứng có lớp phủ siêu kỵ nước bên trong. Khi di chuyển với tốc độ không đổi, các giọt nén không khí bên dưới chúng, tạo ra một độ dốc áp suất tương đương với áp suất trong piston.
Trong khi các giọt nước thể hiện mối quan hệ nghịch đảo như mong đợi giữa độ nhớt và tốc độ dòng chảy trong các ống hở, thì khi một hoặc cả hai đầu được bịt kín, các quy tắc lại hoàn toàn bị đảo ngược. Hiệu ứng này rõ rệt nhất đối với các giọt glycerol—mặc dù độ nhớt cao hơn nước gấp 3 lần, nhưng nó chảy nhanh hơn nước gấp 10 lần.
Để khám phá bản chất vật lý đằng sau hiệu ứng này, nhóm của Vuckovac đã đưa các hạt đánh dấu vào các giọt. Chuyển động của các hạt theo thời gian cho thấy một dòng chảy bên trong nhanh bên trong giọt ít nhớt hơn. Những dòng chảy này khiến chất lỏng thâm nhập vào các cấu trúc vi mô và nano trong lớp phủ. Điều này làm giảm độ dày của đệm khí, ngăn không cho không khí chịu áp suất bên dưới giọt nước ép qua để cân bằng độ dốc áp suất. Ngược lại, glycerin hầu như không có dòng chảy bên trong đáng chú ý, ức chế sự thâm nhập của nó vào lớp phủ. Điều này dẫn đến một đệm khí dày hơn, giúp không khí bên dưới giọt nước dễ dàng di chuyển sang một bên.
Sử dụng các quan sát của mình, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình thủy động lực học cập nhật có khả năng dự đoán tốt hơn cách các giọt nước di chuyển qua các mao quản có lớp phủ siêu kỵ nước khác nhau. Với những nghiên cứu sâu hơn, những phát hiện của họ có thể dẫn đến những cách mới để tạo ra các thiết bị vi lưu có khả năng xử lý các loại thuốc và hóa chất phức tạp.
Physics World đóng vai trò quan trọng trong sứ mệnh của IOP Publishing nhằm truyền tải những nghiên cứu và đổi mới đẳng cấp thế giới đến đông đảo đối tượng độc giả nhất có thể. Trang web này là một phần trong danh mục đầu tư của Physics World, cung cấp bộ sưu tập các dịch vụ thông tin trực tuyến, kỹ thuật số và in ấn cho cộng đồng khoa học toàn cầu.