Det är allmänt känt att tjock, trögflytande vätskor - som honung - flyter långsammare än vätskor med låg viskositet, som vatten. Forskare blev förvånade över att finna detta beteende vänds på huvudet när vätskorna strömmar genom kemiskt belagda kapillärer. Faktiskt, genom dessa specialbelagda rör, vätskor tusen gånger mer trögflytande flyter tio gånger snabbare.

Hastigheten med vilken olika vätskor strömmar genom rören är viktig för ett stort antal applikationer:från industriella processer som oljeraffinaderier till biologiska system som det mänskliga hjärtat. Traditionellt, om du behöver få en vätska att rinna snabbare genom ett rör, du ökar trycket på den. Denna teknik, dock, har sina gränser; det är bara så mycket tryck du kan lägga i ett rör innan du riskerar att spränga det. Detta gäller särskilt för tunna och smala rör, som de som används i mikrofluidik för att producera medicin och andra komplexa kemikalier, så forskare undersöker om de kan öka hastigheten med vilken vätskor strömmar genom smala rör utan att behöva öka trycket.

I tidningen publicerad den 16 oktober i tidskriften Vetenskapliga framsteg , forskare fann att genom att belägga insidan av rören med föreningar som stöter bort vätskor, de kan få viskösa vätskor att flöda snabbare än de med låg viskositet.

"En superhydrofob yta består av små stötar som fångar luft i beläggningen, så att en vätskedroppe som vilar på ytan sitter som på en luftkudde, " förklarar professor Robin Ras, vars forskargrupp vid Aalto-universitetets institution för tillämpad fysik har gjort en rad intressanta upptäckter inom området extremt vattenavvisande beläggningar, inklusive nya tidningar i Vetenskap och Natur .

Superhydrofoba beläggningar i sig påskyndar inte flödet av de mer trögflytande vätskorna. Om du placerar en droppe honung och en droppe vatten på en superhydrofob belagd yta och sedan lutar ytan så att gravitationen får dropparna att röra sig, det lågviskösa vattnet kommer att rinna ner snabbare.

Men när en droppe är begränsad till ett av de mycket smala rören som används i mikrofluidik, saker förändras drastiskt. I detta system, den superhydrofoba beläggningen på rörets väggar skapar ett litet luftgap mellan rörets innervägg och utsidan av droppen. "Vad vi fann var att när en droppe är begränsad till en förseglad superhydrofob kapillär, luftgapet runt droppen är större för mer trögflytande vätskor. Detta större luftgap är det som gjorde att de trögflytande vätskorna kunde röra sig snabbare genom röret än de mindre trögflytande när de flödade på grund av gravitationen, " säger Dr Maja Vuckovac, tidningens första författare.

Storleken på effekten är ganska betydande. droppar av glycerol, tusen gånger mer trögflytande än vatten, strömma genom röret mer än tio gånger snabbare än vattendroppar. Forskarna filmade dropparna när de rörde sig genom röret, spårar inte bara hur snabbt vätskan rörde sig genom röret, men också hur vätskan rann in i droppen. För trögflytande vätskor, vätskan inuti droppen rörde sig knappt runt alls, medan en snabb blandningsrörelse detekterades i dropparna med lägre viskositet.

"Den avgörande upptäckten är att de mindre trögflytande vätskorna också lyckades tränga in en bit in i luftkudden som omger dropparna, ger ett tunnare luftgap runt dessa. Detta innebär att luften under en lågviskös droppe i röret inte kunde röra sig ur vägen lika snabbt som för en mer trögflytande droppe med ett tjockare luftgap. Med mindre luft som lyckas pressa sig förbi de lågviskösa dropparna, dessa tvingades röra sig nerför röret med en lägre hastighet än sina mer trögflytande motsvarigheter, " förklarar Dr. Matilda Backholm, en av forskarna i projektet.

Teamet utvecklade en vätskedynamikmodell som kan användas för att förutsäga hur droppar skulle röra sig i rör belagda med olika superhydrofoba beläggningar. De hoppas att ytterligare arbete med dessa system kan ha betydande tillämpningar för mikrofluidik, en typ av kemiteknik som används för att exakt kontrollera vätskor i små mängder och för att tillverka komplexa kemikalier som mediciner. Genom att kunna förutsäga hur beläggningarna kan användas för att modifiera vätskeflödet, beläggningarna kan vara till hjälp för ingenjörer som utvecklar nya mikrofluidiksystem.