Potrivit unui nou studiu, în tuburile special acoperite, cu cât fluidele sunt mai vâscoase, cu atât curg mai repede.

Este cunoscut faptul că fluidele vâscoase – cum ar fi mierea – curg mai lent decât lichidele cu vâscozitate redusă, cum ar fi apa. Cercetătorii au fost surprinși să constate că acest comportament nu a avut loc atunci când lichidele curg prin capilare acoperite chimic. De fapt, prin aceste tuburi special acoperite, lichidele de o mie de ori mai vâscoase curg de zece ori mai repede.

Viteza cu care circulă diferite fluide prin tuburi este importantă pentru o gamă largă de aplicații: de la procese industriale precum rafinăriile de petrol până la sisteme biologice precum inima umană. În mod tradițional, dacă trebuie să faceți un fluid să curgă mai repede printr-o țeavă, creșteți presiunea asupra acesteia. Această tehnică are însă limitele sale, dacă veți aplica o presiune prea mare, riscați să spargeți țeava. Acest lucru este valabil mai ales pentru țevile subțiri și înguste, precum cele utilizate la microfluide pentru producerea de medicamente și alte substanțe chimice complexe, astfel încât cercetătorii investighează dacă pot crește viteza cu care lichidele curg prin tuburi înguste fără a fi nevoie să crească presiunea.

În lucrarea publicată pe 16 octombrie 2020, în revista Science Advances, cercetătorii au descoperit că, acoperind interiorul conductelor cu compuși care resping lichidele, acestea ar putea face ca lichidele vâscoase să curgă mai repede decât cele cu vâscozitate scăzută.


„O suprafață superhidrofobă constă din umflături mici care captează aerul în interiorul stratului, astfel încât o picătură de lichid care se așază pe suprafață să stea ca pe o pernă de aer”, explică profesorul Robin Ras, a cărui echipă de cercetare de la Departamentul de Fizică Aplicată al Universității Aalto a făcut o serie de descoperiri interesante în domeniul acoperirilor extrem de hidrofobe, inclusiv lucrări recente publicate în Science and Nature. Acoperirile superhidrofobe în sine nu accelerează fluxul lichidelor mai vâscoase. Dacă așezați o picătură de miere și o picătură de apă pe o suprafață acoperită superhidrofobă și apoi înclinați suprafața astfel încât gravitația să facă picăturile să se miște, apa cu vâscozitate redusă va curge mai repede.

CITEȘTE:  Cum microbii ar putea exista în norii de acid de pe Venus

Dar când o picătură este limitată la unul dintre tuburile foarte înguste utilizate în microfluidică, lucrurile se schimbă drastic. În acest sistem, învelișul superhidrofob de pe pereții tubului creează un mic spațiu de aer între peretele interior al tubului și exteriorul picăturii. „Ceea ce am constatat a fost că atunci când o picătură este limitată la un capilar superhidrofob sigilat, golul de aer din jurul picăturii este mai mare pentru lichide mai vâscoase. Acest spațiu de aer mai mare este ceea ce a permis fluidelor vâscoase să se miște prin tub mai repede decât cele mai puțin vâscoase atunci când curg datorită gravitației ”, spune dr. Maja Vuckovac, primul autor al lucrării.

Mărimea efectului este destul de substanțială. Picături de glicerol de o mie de ori mai vâscoase decât apa curg prin tub de peste zece ori mai repede decât picăturile de apă. Cercetătorii au filmat picăturile în timp ce se deplasau prin tub, urmărind nu numai cât de repede s-a deplasat lichidul prin tub, ci și modul în care lichidul curgea în interiorul picăturii. Pentru lichidele vâscoase, lichidul din picătură abia de s-a mișcat, în timp ce în picăturile cu viscozitate mai mică s-a detectat o mișcare rapidă de amestecare. „Descoperirea crucială este că lichidele mai puțin vâscoase au reușit, de asemenea, să pătrundă puțin în perna de aer din jurul picăturilor, făcând un spațiu de aer mai subțire în jurul acestora. Aceasta înseamnă că aerul de sub o picătură cu vâscozitate scăzută în tub nu s-ar putea mișca în calea ei la fel de repede ca pentru o picătură mai vâscoasă cu un spațiu de aer mai gros. Cu mai puțin aer reușind să treacă peste picăturile cu vâscozitate redusă, acestea au fost forțate să se deplaseze în jos cu o viteză mai mică decât omologii lor mai vâscoși ”, explică dr. Matilda Backholm, una dintre cercetătoarele proiectului.

CITEȘTE:  Unele găuri negre ar putea fi găuri de vierme deghizate

Echipa a dezvoltat un model de dinamică a fluidelor care poate fi folosit pentru a prezice modul în care picăturile se vor mișca în tuburi acoperite cu diferite învelișuri superhidrofobe. Ei speră că lucrările ulterioare pe aceste sisteme ar putea avea aplicații semnificative pentru domeniul microfluidelor – un tip de inginerie chimică care este utilizată pentru a controla cu precizie lichidele în cantități mici și pentru a fabrica substanțe chimice complexe, cum ar fi medicamentele.

astrofeed patreon

via: [SciTechDaily]