科学家发现，在疏水微管道中，粘度大的液体流得更快

众所周知，稠密、粘稠的液体（如蜂蜜）比低粘度液体（如水）流动得更慢。研究人员惊奇地发现，当液体流经化学涂层的毛细管时，这种行为被颠覆了。事实上，通过这些特殊涂层的管子，粘度高一千倍的液体流动速度快十倍。

对于大量的应用来说，不同的液体在管道中流动的速度是非常重要的。这些应用包括了从炼油厂等工业过程到人类心脏等生物系统。传统上，如果需要加快流体在管道中的流动速度，可以增加管道上的压力。然而，这种技术有其局限性；在面临爆裂风险之前，只能向管道施加有限的压力。对于又细又窄的管道来说尤其如此，比如用于生产药品和其他复杂化学品的微流体技术。因此研究人员正在研究是否可以在不增加压力的情况下提高液体流经窄管的速度。

在2020年10月16日发表在《科学进展》杂志上的论文{}中，研究人员发现，通过在管道内部涂上排斥液体的化合物，可以使粘稠的液体比低粘度的液体流动得更快。

Robin Ras教授解释说：“超疏水表面由微小的凸点组成，这些凸点可以将空气截留在涂层内，因此停留在表面的液滴就像坐在空气垫上一样。”他所在的阿尔托大学应用物理系的研究团队在极度防水涂层领域有一系列有趣的发现，包括最近在《科学》和《自然》杂志上发表了一系列的论文。

超疏水涂层本身并不会加快粘性较强的液体的流动速度。如果你把一滴蜂蜜和一滴水放在超疏水涂层表面，然后倾斜表面，使重力使水滴移动，低粘度的水会更快地流下来。

但当液滴被限制在一种非常狭窄的管子中时，情况就会发生巨大的变化。在这个系统中，管壁上的超疏水涂层在管子内壁和液滴外部之间形成了一个小的气隙。“我们发现，当液滴被限制在密封的超疏水毛细管中时，对于粘性较大的液体来说，液滴周围的气隙较大，”论文的第一作者Maja Vuckovac博士说：“这种较大的气隙让粘性液体在重力作用下流动时比粘性较小的液体更快通过管子。”

效果的大小是相当可观的。粘性比水高一千倍的甘油液滴在管内流动的速度比水滴快十倍以上。研究人员拍摄了液滴在管中移动的过程，不仅跟踪液体在管中移动的速度，还跟踪液体在液滴内部的流动情况。对于粘性液体来说，液滴内部的液体几乎没有任何移动，而在粘度较低的液滴中则检测到了快速混合运动。

“关键的发现是，粘度较低的液体还能一点点渗透到液滴周围的气垫中，使这些液滴周围的气隙变得更薄。这意味着，管中低粘度液滴下方的空气无法像气隙较厚的粘度较高的液滴那样快速移动出去，”该项目研究人员之一Matilda Backholm博士解释说：“由于能够挤过低粘度液滴的空气较少，这些液滴被迫以较慢的速度沿管子向下移动。”

该团队开发了一个流体动力学模型，可用于预测液滴在涂有不同超疏水涂层的管子中如何移动。他们希望这些系统的进一步工作能够在微流体学方面有重大应用，微流体学是一种化学工程技术，用于精确控制小批量的液体和制造复杂的化学品，如药品。通过能够预测如何使用涂层来改变流体流动，涂层可能对开发新的微流体系统的工程师有所帮助。