Содержание
Густые вязкие жидкости, такие как мед, текут медленнее, чем жидкости с низкой вязкостью, например вода. Исследователи очень удивились, обнаружив обратное. Это произошло, когда они пустили жидкость через капилляры со специальным химическим покрытием. Научное открытие показало удивительные результаты. Раствор, который в тысячу раз более вязкий, чем вода, тек в десять раз быстрее воды.
Для чего это нужно?
Это интересное свойство новых капилляров может быть очень важным для широкого спектра применений. От промышленных процессов, например, нефтепереработка, до биологических систем, таких как сердце человека. Традиционно, если вам нужно ускорить поток жидкости через трубу, вы увеличиваете давление на нее. Однако у этой технологии есть свои пределы. Вы можете поднимать давление в трубе только до определенного уровня, иначе рискуете ее просто разорвать. Но скорость крайне важна в микрофлюидике для производства лекарств и других сложных химикатов. Поэтому ученые ищут, как увеличить поток без необходимости увеличения давления.
В статье, от 16 октября в Science Advances, они рассказали как они добились улучшения характеристик. Технология оказалась довольно простой. Они покрыли внутреннюю часть капилляров составами, отталкивающими жидкости. И по таким трубкам вязкие жидкости стали течь быстрее, чем растворы с низкой вязкостью.
“Супергидрофобная поверхность состоит из крошечных выпуклостей, которые захватывают воздух внутри покрытия, так что капля жидкости, которая лежит на поверхности, находится как бы на воздушной подушке”. – объясняет научное открытие профессор Робин Рас. Именно исследовательская группа на факультете прикладной физики Университета Аалто сделала ряд интересных открытий в области чрезвычайно водоотталкивающих покрытий. Об этом было написано Science and Nature.
Более подробнее о принципе
Сами по себе супергидрофобные покрытия не ускоряют течение более вязких жидкостей. Если вы поместите каплю меда и каплю воды на плоскую поверхность с таким покрытием. А затем наклоните поверхность, чтобы сила тяжести заставила капли двигаться, то вода потечет вниз быстрее.
Но когда капля попадает в одну из очень узких трубок, используемых в микрофлюидике, все кардинально меняется. В этой системе супергидрофобное покрытие на стенках трубки создает небольшой воздушный зазор между внутренней стенкой трубки и внешней стороной капли.
“Мы обнаружили, что когда капля ограничена герметичным супергидрофобным капилляром, то воздушный зазор вокруг капли больше для более вязких жидкостей. Этот больший воздушный зазор позволяет вязким жидкостям перемещаться по трубке быстрее, чем менее вязким. По сравнению с условиями, когда они свободно текут под действием силы тяжести”. – заявил доктор Майя Вуковак. Он является одним из авторов статьи.
Действие эффекта довольно существенное. Капля глицерина в тысячу раз более вязкая, чем вода. Она проходит по трубке в десять раз быстрее, чем капля воды. Было сделано множество видеозаписей. Ученые зафиксировали не только скорость движения по трубке. Они внимательно изучили, как жидкость течет внутри капли. В вязких каплях жидкость внутри практически не двигалась. А в каплях с более низкой вязкостью было обнаружено быстрое перемешивание.
В конечном итоге, команда разработала модель динамики жидкости. Теперь ее можно использовать для прогнозирования движения капель в трубках, покрытых различными супергидрофобными покрытиями. Ученые надеются, что дальнейшая работа над этими системами может иметь важное прикладное значение для промышленности. Например, в химической инженерии, которая используется для точного контроля жидкостей в микроколичествах. Или при производстве сложных химикатов, какими и являются, собственно, лекарства.
Читайте также: Марсоход “Perseverance” обнаружил органические вещества в образцах пород на Марсе