Блогът на Франсиско Р. Вилаторо
Физиката на течностите е един от най-красивите клонове на науката. Ежедневни неща като движението на водни капчици по равна повърхност могат да ви забавляват с часове. Особено ако са съставени от две добре подбрани смесващи се течности и имат поразителни цветове. Те танцуват като танцьори с хипнотична хореография. Прилича на магия, но е физическа.
Капките, съставени от пропилей гликол и вода, нямат добре дефиниран ъгъл на контакт с повърхността, те само изглеждат. Те са заобиколени от тънък слой течност, който не може да се види с просто око. Благодарение на това има сили между всеки две капки поради градиентите на повърхностното напрежение, индуцирани от изпаряване в тези течни филми. Течна динамична система, която показва голямо разнообразие от поведения и може да има приложение в флуидното и микрофлуидното инженерство.
Техническият документ е N. J. Cira, A. Benusiglio, M. Prakash, „Парно-медиирано усещане и подвижност в двукомпонентни капчици“, Nature, AOP 11 март 2015 г., doi: 10.1038/nature14272. Много медии повториха тази новина, като моя приятел Антонио Мартинес Рон, известен още като @aberron, «Игра с капки: врата към нови течни приложения,» Напред, Vozpópuli, 11 март 2015 г.
Препоръчвам ви да гледате това видео, особено от минута 06:00, където обяснява как да повторите експериментите в собствения си дом (ако ви се иска, това е много лесно). Учителите по физика ще се радват на това, тъй като е лесно да се подражава в лаборатория с малко ресурси. А резултатите са грандиозни.
Тази фигура илюстрира много добре как капките, използвани в експеримента, са заобиколени от тънък течен филм. Този филм предизвиква сили (взаимодействия) между капчиците, които водят до различно поведение.
Тази фазова диаграма показва различните видове взаимодействие между две капки (0,5 µl) с вода и определен процент пропилей гликол (% PG). Има четири възможни поведения. За да ги разберете по-добре, препоръчвам да гледате видеоклипа по-горе (ако още не сте го гледали). Например, в червено в тази фазова диаграма се появява сливането или сливането на капки; например, двете жълти капки на фигурата, която отваря този запис, имат 10% GP. Между другото, ако две капки от различен цвят се сливат (били те жълти и сини), настъпва промяна на цвета (зелено). Друг пример е несмесената тяга (непокътнато преследване), която се появява в синьо на фазовата диаграма; например, синьото (25% PG) и оранжевото (1% PG) пада на фигурата, която отваря този запис. Едната капка изтласква другата, без да се смесва. И по същия начин с другите два вида взаимодействие.
Могат да бъдат разработени голям брой (микро) флуидни устройства. Авторите предлагат спонтанен изравнител за капчици (горната част на фигурата) и вертикален осцилатор за капчици (долната част на фигурата). Хоризонталният изравнител използва 0,5 μl зелени капки с 10% PG, които се поставят в произволни позиции на разстояние 5 mm един от друг с вертикални линии между тях, изписани с фин точков маркер и перманентно черно мастило (марка Sharpie). Вертикалният осцилатор използва синьо (25% PG) и червено (1% PG) капки в 4 мм вертикална писта (кадрите на изображението са на една секунда един от друг).
Тази фигура показва две други устройства: кръгова състезателна писта (отгоре) и класификатор, базиран на повърхностно напрежение (отдолу). В кръговата писта червената капка (1% PG) и синята (25% PG) се движат в обиколка със среден диаметър 2,1 cm (трите изображения са разделени за десет секунди). Няколко кладенци (боядисани с маркер Sharpie) се поставят в класификатора за повърхностно напрежение, съдържащ капки с намаляващи концентрации 30% PG (червено), 25% PG (оранжево), 20% PG (жълто), 15% PG (зелено), 10 % PG (синьо) и 5% PG (черно). Тази конфигурация се накланя (под формата на наклонена равнина) и се изпускат капки с определена концентрация (и следователно определено повърхностно напрежение). Те падат от гравитацията и сливането настъпва, когато срещнат подобен спад. Благодарение на това може да се оцени повърхностното напрежение на падащата капка.
Накратко, много любопитна и много интересна работа, която може да има множество приложения в микрофлуидната динамика. Красотата на физиката на течностите не пропуска да изуми.