Cảm ơn bạn đã đăng ký Physical World. Nếu bạn muốn thay đổi thông tin cá nhân bất cứ lúc nào, vui lòng truy cập vào tài khoản của tôi.
Mật ong và các chất lỏng có độ nhớt cao khác chảy nhanh hơn nước trong các mao mạch được phủ 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 trái ngược với trực giác này bắt nguồn từ sự ức chế dòng chảy bên trong các giọt có độ nhớt cao hơn. Kết quả của họ mâu thuẫn trực tiếp với các mô hình lý thuyết hiện tại về cách chất lỏng chảy trong các mao mạch siêu kỵ nước.
Lĩnh vực vi lưu động học liên quan đến việc kiểm soát dòng chảy của chất lỏng qua các vùng mao dẫn được giới hạn chặt chẽ — thường được sử dụng để chế tạo các thiết bị cho ứng dụng y tế. Chất lỏng có độ nhớt thấp là tốt nhất cho vi lưu động học vì chúng chảy nhanh và dễ dàng. Có thể sử dụng chất lỏng có độ nhớt cao hơn bằng cách đẩy chúng ở áp suất cao hơn, nhưng điều này làm tăng ứng suất cơ học trong cấu trúc mao dẫn mỏng manh — có thể dẫn đến hư hỏng.
Ngoài ra, dòng chảy có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng lớp phủ siêu kỵ nước chứa các cấu trúc vi mô và nano giúp giữ lại các lớp đệm khí. Những lớp đệm này làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt, từ đó giảm ma sát – làm tăng lưu lượng lên 65%. Tuy nhiên, theo lý thuyết hiện tại, 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 chất lỏng có độ nhớt khác nhau khi trọng lực kéo chúng ra khỏi các mao quản thẳng đứng có lớp phủ bên trong siêu kỵ nước. Khi di chuyển với tốc độ không đổi, các giọt chất lỏng nén không khí bên dưới chúng, tạo ra một gradient áp suất tương đương với gradient trong pít-tông.
Trong khi các giọt chất lỏng thể hiện mối quan hệ nghịch đảo giữa độ nhớt và tốc độ dòng chảy như dự kiến ​​trong các ống hở, khi một hoặc cả hai đầu được bịt kín, quy luật lại hoàn toàn đảo ngược. Hiệu ứng này rõ rệt nhất với các giọt glycerol—mặc dù có độ nhớt gấp 3 bậc độ lớn so với nước, nhưng nó lại chảy nhanh hơn nước hơn 10 lần.
Để làm sáng tỏ cơ chế vật lý đằng sau hiệu ứng này, nhóm của Vuckovac đã đưa các hạt đánh dấu vào trong các giọt chất lỏng. Sự chuyển động của các hạt theo thời gian cho thấy một dòng chảy bên trong nhanh chóng bên trong giọt chất lỏng có độ nhớt thấp hơn. Những dòng chảy này khiến chất lỏng thấm vào các cấu trúc vi mô và nano trong lớp phủ. Điều này làm giảm độ dày của lớp đệm khí, ngăn không cho không khí nén bên dưới giọt chất lỏng len lỏi qua để cân bằng độ chênh lệch áp suất. Ngược lại, glycerin hầu như không có dòng chảy bên trong đáng kể, ngăn cản sự thấm vào lớp phủ. Điều này dẫn đến một lớp đệm khí dày hơn, giúp không khí bên dưới giọt chất lỏng dễ dàng di chuyển sang một bên.
Dựa trên những quan sát của mình, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình thủy động lực học được cập nhật, dự đoán tốt hơn cách các giọt chất lỏng di chuyển qua các mao mạch có lớp phủ siêu kỵ nước khác nhau. Với những nghiên cứu sâu hơn, phát hiện của họ có thể dẫn đến những phương pháp mới để tạo ra các thiết bị vi lưu có khả năng xử lý các hóa chất và thuốc phức tạp.
Physics World là một phần quan trọng trong sứ mệnh của IOP Publishing nhằm truyền đạt những nghiên cứu và đổi mới hàng đầu thế giới đến đông đảo công chúng nhất có thể. Trang web này là một phần của hệ thống Physics World, cung cấp một bộ sưu tập các dịch vụ thông tin trực tuyến, kỹ thuật số và in ấn cho cộng đồng khoa học toàn cầu.