Hunaja saadaan juoksemaan vettä nopeammin, kun makean nesteen matkaa putkessa vauhdittaa superhydrofobinen eli vettähylkivä pinnoite.
Asian osoitti tuoreessa tutkimuksessaan professori Robin Rasin ryhmä Aalto-yliopistosta. Tutkimuksen julkaisi Science Advances -lehti.
Hunaja, glyseroli ja muut korkean viskositeetin nesteet ovat paksuja ja sitkeitä. Normaalisti ne virtaavat hitaammin kuin veden kaltaiset matalan viskositeetin nesteet.
Putken päällystäminen vettähylkivällä pinnoitteella tekee juoksuvauhdille kuitenkin ihmeitä.
Mitä korkeaviskoosisempi neste, sitä enemmän pinnoite lisäsi sen juoksevuutta, tutkijat havaitsivat.
Kuin ilmapatjan päällä
Superhydrofobiset pinnoitteet ovat Rasin keskeinen tutkimusaihe. Hänen ryhmänsä tuloksia on julkaistu hiljattain myös Science– ja Nature-lehdissä.
”Superhydrofobinen pinta koostuu pienen pienistä ilmatäytteisistä huokosista. Näin pinnalle osuvat nestepisarat liukuvat ikään kuin ilmapatjan päällä”, Ras kuvailee tiedotteessa.
Vettähylkivät päällysteet eivät kuitenkaan itsessään nopeuta korkeaviskoosisten nesteiden virtausta.
Jos avointa superhydrofobista pintaa kallistetaan, vesipisara juoksee sillä nopeammin kuin pisara hunajaa.
Tilanne muuttuu, kun pisarat suljetaan erittäin kapeaan putkeen. Tällöin pisaran ulkopinnan ja putken sisäpinnan päällysteen väliin jää pieni ilmarako.
”Suljetuissa superhydrofobisissa putkissa pisaran ympärillä oleva ilmarako oli suurempi, kun nesteellä oli korkea viskositeetti”, kertoo tutkijatohtori Maja Vuckovac.
”Suuremman ilmaraon ansiosta korkeaviskoosiset nesteet virtasivat putken läpi matalaviskoosisia nesteitä nopeammin silloin, kun nesteen liike johtui painovoimasta.”
Malli ennustaa virtauksen
Tutkijat kuvasivat myös nesteen virtausta pisaran sisällä.
Korkeaviskoosisten pisaroiden sisällä neste ei juurikaan liikkunut, kun taas matalaviskoosisissa pisaroissa se eteni vauhdilla.
”Ratkaiseva havainto oli, että matalaviskoosiset nesteet tunkeutuivat hieman pisaraa ympäröivään ilmarakoon”, sanoo tutkijatohtori Matilda Backholm.
Tämä kavensi ilmarakoa. Näin ilma matalaviskoosisen pisaran alla ei voinut siirtyä pois pisaran tieltä yhtä nopeasti kuin ilmaraon ollessa suurempi.
”Kun ilma virtasi matalaviskoosisten pisaroiden ohi hitaammin, ne eivät voineet liikkua putkessa yhtä nopeasti kuin korkeaviskoosiset pisarat.”
Tutkijat rakensivat nestevirtojen mittausta varten myös mallin. Mallin avulla he pystyivät ennustamaan, miten pisarat virtaavat erilaisilla superhydrofobisilla pinnoitteilla päällystetyissä putkissa.
Lisätutkimus voi ryhmän mukaan auttaa kehittämään hyödyllisiä mikrofluidistiikan sovelluksia esimerkiksi lääkkeiden ja kemikaalien valmistukseen.
(Kuva: Aalto-yliopisto) Hunaja virtaa suljetussa superhydrofobisessa putkessa.
Aiheesta aiemmin:
