Es ampliamente conocido que los líquidos espesos y viscosos, como la miel, fluyen más lentamente que los líquidos de baja viscosidad, como el agua. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que este comportamiento cambiaba de cabeza cuando los líquidos fluían a través de capilares recubiertos químicamente. De hecho, a través de estos tubos especialmente revestidos, los líquidos mil veces más viscosos fluyen diez veces más rápido.

La velocidad a la que fluyen los diferentes fluidos a través de las tuberías es importante para una amplia gama de aplicaciones: desde procesos industriales como las refinerías de petróleo hasta sistemas biológicos como el corazón humano. Tradicionalmente, si necesita hacer que un fluido fluya más rápido a través de una tubería, aumenta la presión sobre ella. Esta técnica, sin embargo, tiene sus límites; Solo hay una cantidad limitada de presión que puede poner en una tubería antes de correr el riesgo de reventarla. Esto es especialmente cierto para las tuberías delgadas y estrechas, como las que se utilizan en microfluidos para producir medicamentos y otros productos químicos complejos, por lo que los investigadores están investigando si pueden aumentar la velocidad a la que los líquidos fluyen a través de tubos estrechos sin tener que aumentar la presión.

En el artículo publicado el 16 de octubre en la revista Science Advances, los investigadores encontraron que al recubrir el interior de las tuberías con compuestos que repelen los líquidos, podrían hacer que los líquidos viscosos fluyan más rápido que los de baja viscosidad.

 » Una superficie superhidrofóbica consiste en pequeñas protuberancias que atrapan el aire dentro del revestimiento, de modo que una gota de líquido que descansa en la superficie se asienta como sobre un colchón de aire « , explica el profesor Robin Ras, cuyo equipo de investigación en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Aalto ha realizado una serie de descubrimientos interesantes en el área de recubrimientos extremadamente repelentes al agua, incluidos artículos recientes en Science and Nature.

Los recubrimientos superhidrofóbicos en sí mismos no aceleran el flujo de los líquidos más viscosos. Si coloca una gota de miel y una gota de agua en una superficie recubierta superhidrófoba y luego inclina la superficie para que la gravedad haga que las gotas se muevan, el agua de baja viscosidad fluirá más rápido hacia abajo.

Pero cuando una gota se limita a uno de los tubos muy estrechos utilizados en microfluidos, las cosas cambian drásticamente. En este sistema, el recubrimiento superhidrofóbico de las paredes del tubo crea un pequeño espacio de aire entre la pared interior del tubo y el exterior de la gota. “Lo que encontramos fue que cuando una gota se confina a un capilar superhidrofóbico sellado, el espacio de aire alrededor de la gota es mayor para líquidos más viscosos. Este espacio de aire más grande es lo que permitió que los fluidos viscosos se movieran a través del tubo más rápido que los menos viscosos cuando fluían debido a la gravedad ”, dice la Dra. Maja Vuckovac, primera autora del artículo.

El tamaño del efecto es bastante sustancial. Gotas de glicerol mil veces más viscosas que el agua fluyen a través del tubo más de diez veces más rápido que las gotas de agua. Los investigadores filmaron las gotas mientras se movían a través del tubo, rastreando no solo qué tan rápido se movía el líquido a través del tubo, sino también cómo fluía el líquido dentro de la gota. Para líquidos viscosos, el líquido dentro de la gota apenas se movió, mientras que se detectó un movimiento de mezcla rápido en las gotas de menor viscosidad.

El descubrimiento crucial es que los líquidos menos viscosos también lograron penetrar un poco en el colchón de aire que rodea las gotas, creando un espacio de aire más delgado alrededor de estas. Esto significa que el aire debajo de una gota de baja viscosidad en el tubo no podría moverse tan rápido como para una gota más viscosa con un espacio de aire más grueso. Con menos aire logrando pasar las gotitas de baja viscosidad, estas se vieron obligadas a moverse por el tubo a una velocidad más lenta que sus contrapartes más viscosas ”, explica la Dra. Matilda Backholm, una de las investigadoras del proyecto.

El equipo desarrolló un modelo de dinámica de fluidos que puede usarse para predecir cómo se moverían las gotas en tubos recubiertos con diferentes revestimientos superhidrófobos. Esperan que el trabajo adicional en estos sistemas pueda tener aplicaciones significativas para la microfluídica, un tipo de técnica de ingeniería química que se utiliza para controlar con precisión líquidos en pequeñas cantidades y en la fabricación de productos químicos complejos como medicamentos. Al poder predecir cómo se pueden usar los recubrimientos para modificar el flujo de fluido, los recubrimientos pueden ser útiles para los ingenieros que desarrollan nuevos sistemas de microfluidos.