Создано покрытие, ускоряющее течение вязких жидкостей в тысячи раз

Новости

В трубках со специальным покрытием, чем более вязкая жидкость, тем быстрее она течет.

Широко известно, что густые вязкие жидкости, такие как мед, текут медленнее, чем жидкости с низкой вязкостью, например вода. Исследователи были удивлены, обнаружив, что такое поведение перевернулось с ног на голову, когда жидкость протекает через капилляры с химическим покрытием. Фактически, через эти трубы со специальным покрытием жидкость течет в тысячу раз более вязкой в ​​десять раз быстрее.

Скорость, с которой различные жидкости протекают по трубам, важна для широкого спектра применений: от промышленных процессов, таких как нефтеперерабатывающие заводы, до биологических систем, таких как сердце человека. Традиционно, если вам нужно ускорить поток жидкости через трубу, вы увеличиваете давление на нее. Однако у этой техники есть свои пределы; давление в трубу ограничено, прежде чем вы рискуете ее разорвать. Это особенно верно для тонких и узких труб, таких как те, которые используются в микрофлюидике для производства лекарств и других сложных химикатов, поэтому исследователи исследуют, могут ли они увеличить скорость, с которой жидкость течет по узким трубкам, без необходимости увеличения давления.

В статье, опубликованной 16 октября 2020 года в журнале Science Advances , исследователи обнаружили, что, покрывая внутреннюю часть труб составами, отталкивающими жидкости, они могут заставить вязкие жидкости течь быстрее, чем жидкости с низкой вязкостью.

«Супергидрофобная поверхность состоит из крошечных бугорков, которые захватывают воздух внутри покрытия, так что капля жидкости, лежащая на поверхности, сидит, как будто на воздушной подушке», — объясняет профессор Робин Рас, чья исследовательская группа на факультете прикладной физики Университета Аалто сделал ряд интересных открытий в области чрезвычайно водоотталкивающих покрытий, в том числе недавние статьи в журналах Science and Nature .

Сами по себе супергидрофобные покрытия не ускоряют течение более вязких жидкостей. Если вы поместите каплю меда и каплю воды на поверхность с супергидрофобным покрытием, а затем наклоните поверхность так, чтобы сила тяжести заставила капли двигаться, вода с низкой вязкостью 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, воздушный зазор вокруг капли больше для более вязких жидкостей. Этот больший воздушный зазор позволяет вязким жидкостям перемещаться по трубке быстрее, чем менее вязким, когда они текут под действием силы тяжести », — говорит доктор Майя Вуковак, первый автор статьи.

Размер эффекта довольно существенный. Капли глицерина в тысячу раз более вязкие, чем вода, проходят по трубке более чем в десять раз быстрее, чем капли воды. Исследователи снимали капли, когда они двигались по трубке, отслеживая не только скорость движения жидкости по трубке, но и то, как жидкость течет внутри капли. Для вязких жидкостей жидкость внутри капли практически не перемещалась, тогда как в каплях с более низкой вязкостью было обнаружено быстрое перемешивание.

Газета «DAILY» — Новости Ростова-на-Дону