Текст уведомления здесь

Физики из МГУ сумели перемешать жидкость в микроканале, создав в нем вихри

Ученые решили проблему перемешивания жидкостей в микроканалах, применив для этого супергидрофобные поверхности и организовав неоднородное скольжение жидкостей вдоль стенок каналов.
Добавить в закладки
Комментарии
Перемешивание жидкостей в микроканалах относится к сфере микрофлюидики — междисциплинарной области исследований, изучающей течение жидкости в микроканалах. Микрофлюидика особенно востребована в химии и биомедицинских исследованиях, где возникает необходимость провести химический синтез малых доз вещества или выполнить разделение частиц биоматериала. Одной из проблем, с которой сталкиваются исследователи при работе с микроканалами, является затрудненное перемешивание жидкостей. Дело в том, что течение в таких каналах является ламинарным, то есть слоистым. При ламинарном течении отсутствует конвекция, поэтому жидкости смешиваются очень медленно, лишь за счет диффузии.

Физикам из Германии и России, работавшим под руководством профессора физического факультета МГУ Ольги Виноградовой, удалось решить эту проблему. Результаты работы специалистов были опубликованы в журнале Physical Review E. В качестве материалов для микроканалов ученые решили использовать супергидрофобные поверхности, которые изготавливаются из гидрофобного (водоотталкивающего) материала и при этом являются микрошероховатыми. В результате в углублениях текстуры супергидрофобной поверхности удерживаются микропузырьки воздуха. Наличие такой «воздушной подушки» делает супергидрофобную поверхность очень скользкой.

Ученые предложили использовать супергидрофобную текстуру в виде параллельных бороздок, повернутых под некоторым углом к оси канала, причем на верхней стенке бороздки были повернуты вправо, а на нижней — влево. Такие бороздки придали стенкам канала анизотропные свойства: вдоль них жидкость течет быстрее, чем поперек. Кроме того, оказалось, что помимо основного потока вдоль оси канала возникает вторичное сдвиговое течение жидкости в поперечном направлении. В результате вблизи стенок жидкость начинает немного закручиваться, подобно тому как пуля закручивается, двигаясь по нарезному стволу винтовки. Исследуя образовавшийся вихрь, ученые обнаружили очень интересный эффект: если жидкость движется очень медленно, то в канале образуется единый, вытянутый поперечный вихрь, однако при повышении скорости течения на этот вихрь накладывается множество мелких, ограниченных соседними бороздками, то есть в потоке создается искусственная турбулентность. По мнению авторов работы, такие течения могут оказаться полезными для перемешивания жидкостей или для разделения частиц разного размера.
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы