在管壁塗上「超疏水塗層」,流體愈黏流速愈快!

日常生活中,黏滯度高的流體(例如糖漿、蜂蜜)的流速會比黏滯度低的流體(例如水)的流速慢。然而,Aalto 大學應用物理系的研究團隊研究一種特殊塗層,它能提升高黏性流體的流速,甚至比水的流速快上 10 倍。研究團隊將論文發表在《Science Advances》期刊上。

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藉由氣隙,超疏水塗層提升高黏性流體的流速

參與研究的 Robin Ras 教授表示,該塗層屬於超疏水塗層(superhydrophobic surface),表面有許多微小的突起,能將空氣留在塗層內,因此塗層上的液體就像坐在「氣墊」上,這是超疏水塗層讓流速增加的原理。

如果只是把蜂蜜與水滴在超疏水塗層的表面上,然後將表面傾斜,其實低黏滯度的水會比蜂蜜更快流下來;但如果是通過狹窄的管子,狀況就會完全相反。在封閉的管子內,超疏水塗層與液滴之間會形成一個小氣隙。論文第一作者 Maja Vuckovac 博士表示,流體黏滯度愈大,氣隙愈大,這就是高黏性流體的流動速度比低黏性流體快的原因。

此外,研究團隊也發現,黏性較低的流體會滲透到氣墊中,導致氣隙變薄。研究人員 Matilda Backholm 表示,由於氣隙較小,低黏性流體的流速較低。

根據實驗,黏滯度比水高 1000 倍的甘油,在管內的流速比水快 10 倍。

該塗層能應用於小批量液體與藥品製造

管線內的流體行為是流體力學的重要研究領域,關乎煉油廠等工業製程與心血管等醫療技術。如果要加快流體在管線中的流速,傳統作法是增加壓力,但管壁能承受的壓力有限,因此科學家研究如何在不增加壓力的情況下,提升液體在管線中的流速。

Aalto 大學研究團隊的發現,為工業、生醫領域提供一種解決方案。研究團隊還開發一個流體動力學模型,能預測流體在不同超疏水塗層的管線中的流動樣態。研究團隊期望該技術能應用於微流體學領域,用於精確生產小批量的液體,或者是複雜的化學藥劑與藥品。

參考資料

Science Advances》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Pixabay CC Licensed

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