Es ampliamente conocido que grueso Los líquidos viscosos, como la miel, fluyen más lentamente que los líquidos de baja viscosidad. como el agua. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que este comportamiento cambiaba de cabeza cuando los líquidos fluían a través de capilares recubiertos químicamente. De hecho, a través de estos tubos especialmente revestidos, los líquidos mil veces más viscosos fluyen diez veces más rápido.

La velocidad a la que fluyen los diferentes fluidos a través de las tuberías es importante para una amplia gama de aplicaciones:desde procesos industriales como las refinerías de petróleo hasta sistemas biológicos como el corazón humano. Tradicionalmente, si necesita hacer que un fluido fluya más rápido a través de una tubería, aumenta la presión sobre él. Esta tecnica, sin embargo, tiene sus límites; Hay una cantidad limitada de presión que puede poner en una tubería antes de correr el riesgo de que estalle. Esto es especialmente cierto para tuberías delgadas y estrechas, como los que se utilizan en microfluidos para producir medicamentos y otras sustancias químicas complejas, por lo que los investigadores están investigando si pueden aumentar la velocidad a la que los líquidos fluyen a través de tubos estrechos sin tener que aumentar la presión.

En el artículo publicado el 16 de octubre en la revista Avances de la ciencia , Los investigadores encontraron que al recubrir el interior de las tuberías con compuestos que repelen los líquidos, podrían hacer que los líquidos viscosos fluyeran más rápido que los de baja viscosidad.

"Una superficie superhidrofóbica consta de pequeñas protuberancias que atrapan el aire dentro del revestimiento, de modo que una gota de líquido que descansa sobre la superficie se asienta como sobre un colchón de aire, "explica el profesor Robin Ras, cuyo equipo de investigación en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Aalto ha realizado una serie de descubrimientos interesantes en el área de revestimientos extremadamente repelentes al agua, incluyendo artículos recientes en Ciencias y Naturaleza .

Los recubrimientos superhidrófobos en sí mismos no aceleran el flujo de los líquidos más viscosos. Si coloca una gota de miel y una gota de agua en una superficie recubierta superhidrofóbica y luego inclina la superficie para que la gravedad haga que las gotas se muevan, el agua de baja viscosidad fluirá más rápido.

Pero cuando una gota se limita a uno de los tubos muy estrechos que se utilizan en microfluidos, las cosas cambian drásticamente. En este sistema, el recubrimiento superhidrofóbico de las paredes del tubo crea un pequeño espacio de aire entre la pared interior del tubo y el exterior de la gota. "Lo que encontramos fue que cuando una gota se limita a un capilar superhidrofóbico sellado, el espacio de aire alrededor de la gota es más grande para líquidos más viscosos. Este espacio de aire más grande es lo que permitió que los fluidos viscosos se movieran a través del tubo más rápido que los menos viscosos cuando fluían debido a la gravedad. "dice la Dra. Maja Vuckovac, el primer autor del artículo.

El tamaño del efecto es bastante sustancial. Gotas de glicerol, mil veces más viscoso que el agua, fluyen a través del tubo más de diez veces más rápido que las gotas de agua. Los investigadores filmaron las gotas mientras se movían a través del tubo, rastreando no solo qué tan rápido se movía el líquido a través del tubo, sino también cómo fluía el líquido dentro de la gota. Para líquidos viscosos, el líquido dentro de la gota apenas se movía, mientras que se detectó un movimiento de mezcla rápido en las gotitas de menor viscosidad.

"El descubrimiento crucial es que los líquidos menos viscosos también lograron penetrar un poco en el colchón de aire que rodea las gotas, haciendo un espacio de aire más delgado alrededor de estos. Esto significa que el aire debajo de una gota de baja viscosidad en el tubo no podría moverse tan rápido como para una gota más viscosa con un espacio de aire más grueso. Con menos aire logrando pasar las gotas de baja viscosidad, estos se vieron obligados a moverse por el tubo con una velocidad más lenta que sus homólogos más viscosos, "explica la Dra. Matilda Backholm, uno de los investigadores del proyecto.

El equipo desarrolló un modelo de dinámica de fluidos que puede usarse para predecir cómo se moverían las gotas en tubos recubiertos con diferentes recubrimientos superhidrófobos. Esperan que el trabajo futuro en estos sistemas pueda tener aplicaciones significativas para la microfluídica, un tipo de técnica de ingeniería química que se utiliza para controlar con precisión líquidos en pequeñas cantidades y en la fabricación de productos químicos complejos como medicamentos. Al poder predecir cómo se pueden usar los recubrimientos para modificar el flujo de fluido, los recubrimientos pueden ser útiles para los ingenieros que desarrollan nuevos sistemas de microfluidos.