É amplamente conhecido que espesso, líquidos viscosos, como mel, fluem mais lentamente do que líquidos de baixa viscosidade, como água. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir esse comportamento invertido quando os líquidos fluem através de capilares quimicamente revestidos. Na verdade, através desses tubos especialmente revestidos, líquidos mil vezes mais viscosos fluem dez vezes mais rápido.

A velocidade com que fluidos diferentes fluem através dos tubos é importante para uma ampla gama de aplicações:de processos industriais, como refinarias de petróleo, a sistemas biológicos como o coração humano. Tradicionalmente, se você precisa fazer um fluido fluir mais rápido através de um tubo, você aumenta a pressão sobre ele. Esta técnica, Contudo, tem seus limites; há tanta pressão que você pode colocar em um cano antes de correr o risco de rompê-lo. Isso é especialmente verdadeiro para tubos finos e estreitos, como os usados ​​na microfluídica para a produção de medicamentos e outros produtos químicos complexos, portanto, os pesquisadores estão investigando se podem aumentar a velocidade com que os líquidos fluem através de tubos estreitos sem ter que aumentar a pressão.

No artigo publicado em 16 de outubro na revista. Avanços da Ciência , pesquisadores descobriram que, ao revestir o interior dos tubos com compostos que repelem líquidos, eles podem fazer com que os líquidos viscosos fluam mais rápido do que aqueles com baixa viscosidade.

"Uma superfície superhidrofóbica consiste em pequenas saliências que prendem o ar dentro do revestimento, de modo que uma gota de líquido que repousa na superfície assenta como se estivesse em uma almofada de ar, "explica o professor Robin Ras, cuja equipe de pesquisa no Departamento de Física Aplicada da Universidade de Aalto fez uma série de descobertas interessantes na área de revestimentos extremamente repelentes de água, incluindo artigos recentes em Ciência e Natureza .

Os revestimentos super-hidrofóbicos em si não aceleram o fluxo dos líquidos mais viscosos. Se você colocar uma gota de mel e uma gota de água em uma superfície revestida superhidrofóbica e, em seguida, inclinar a superfície para que a gravidade faça as gotas se moverem, a água de baixa viscosidade fluirá mais rápido.

Mas quando uma gota é confinada a um dos tubos muito estreitos usados ​​na microfluídica, as coisas mudam drasticamente. Neste sistema, o revestimento super-hidrofóbico nas paredes do tubo cria um pequeno espaço de ar entre a parede interna do tubo e o lado externo da gota. "O que descobrimos foi que, quando uma gota é confinada a um capilar super-hidrofóbico selado, o espaço de ar ao redor da gota é maior para líquidos mais viscosos. Este espaço de ar maior é o que permite que os fluidos viscosos se movam através do tubo mais rápido do que os menos viscosos quando fluem devido à gravidade, "diz a Dra. Maja Vuckovac, o primeiro autor do artigo.

O tamanho do efeito é bastante substancial. Gotículas de glicerol, mil vezes mais viscoso que a água, flui através do tubo mais de dez vezes mais rápido do que as gotas de água. Os pesquisadores filmaram as gotículas à medida que se moviam pelo tubo, rastrear não apenas o quão rápido o líquido se moveu através do tubo, mas também como o líquido fluiu dentro da gota. Para líquidos viscosos, o líquido dentro da gota quase não se moveu, enquanto um movimento de mistura rápido foi detectado nas gotículas de viscosidade mais baixa.

"A descoberta crucial é que os líquidos menos viscosos também conseguiram penetrar um pouco na almofada de ar em torno das gotículas, renderizando um espaço de ar mais fino em torno deles. Isso significa que o ar abaixo de uma gota de baixa viscosidade no tubo não poderia sair do caminho tão rápido quanto em uma gota mais viscosa com um espaço de ar mais espesso. Com menos ar conseguindo passar pelas gotículas de baixa viscosidade, estes foram forçados a se mover para baixo no tubo com uma velocidade mais lenta do que suas contrapartes mais viscosas, "explica a Dra. Matilda Backholm, um dos pesquisadores do projeto.

A equipe desenvolveu um modelo de dinâmica de fluidos que pode ser usado para prever como as gotas se moveriam em tubos revestidos com diferentes revestimentos superhidrofóbicos. Eles esperam que trabalhos futuros nesses sistemas possam ter aplicações significativas para microfluídica, um tipo de técnica de engenharia química usada para controlar com precisão líquidos em pequenas quantidades e na fabricação de produtos químicos complexos, como medicamentos. Por ser capaz de prever como os revestimentos podem ser usados ​​para modificar o fluxo de fluido, os revestimentos podem ser úteis para engenheiros que desenvolvem novos sistemas microfluídicos.