اختصاصی دیدبان شمال:
به گزارش دیدبان شمال از اینترستینگ انجینیرینگ، برای اولین بار در جهان، دانشمندان آلمانی با موفقیت قطرات ریز روغن را که در یک مایع روان معلق هستند و برخلاف جریان آب به سمت بالا حرکت می‌کنند، ثبت کردند، که رفتار معمول مایعات را به چالش می‌کشد.
رفتار قابل توجه قطرات روغن که توسط یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه فنی دارمشتات (TU Darmstadt) در آلمان زیر میکروسکوپ گرفته شده است، به یک پدیده سیال ناشناخته اشاره دارد.
دانشمندان به رهبری استفن بیسوانگر، دانشجوی دکترا در دانشگاه فنی دارمشتات و نویسنده اصلی این مقاله، معتقدند که این کشف ممکن است به ویژه برای مهندسی فرآیند، شیمی تحلیلی و کاربردهای میکروفلوئیدیک مرتبط باشد.
بیسوانگر توضیح داد: «پدیده‌ی نگه‌داشتن قطرات در جای خود یا حتی حرکت آنها به سمت بالادست رودخانه، پیش از این ناشناخته بود و اکنون برای اولین بار مستند و توضیح داده شده است.».
یک پدیده شگفت انگیز
برای این مطالعه، محققان برای ایجاد قطرات روغن در آزمایشگاه، به اثر اوزو (Ouzo Effect) تکیه کردند.
اثر اوزو، کدر شدنی است که هنگام افزودن آب به مشروبات الکلی با طعم انیسون رخ می‌دهد.
این پدیده باعث می‌شود روغن‌های اساسی قطرات ریزی ایجاد کنند که نوشیدنی را بدون افزودن سورفکتانت‌ها به رنگ سفید شیری درمی‌آورند.
این تیم با تزریق مخلوطی از الکل و روغن به آب درون یک کانال جریان باریک، قطرات میکروسکوپی روغن تولید کردند.
سپس آنها از دوربین‌های پرسرعت برای مشاهده رفتار قطرات در شرایط جریان استفاده کردند و دریافتند که آنها می‌توانند در برابر جریان مقاومت کنند، ثابت بمانند یا حتی به سمت بالادست حرکت کنند.
بیسوانگر در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: «نیرویی که قطره را در جای خود نگه می‌دارد، ناشی از تفاوت در کشش سطحی در انتهای بالایی و پایینی آن است.».
او توضیح داد که تعادلی که به قطره اجازه می‌دهد شناور بماند، به اندازه و موقعیت آن و همچنین سرعت جریان و نوع مایعی که از طریق کانال حرکت می‌کند، بستگی دارد.
محققان گفتند: «یک نتیجه‌گیری کلی این است که تنش‌های مارانگونی می‌توانند حرکت قطرات را از طریق کانال‌ها، جایی که مایع اطراف آن ترکیبی چند جزئی است، معکوس کنند.».
دینامیک جریان غیرمنتظره
اگرچه این پدیده فقط در مقیاس‌های میکروسکوپی و تحت شرایط آزمایشگاهی با دقت کنترل‌شده قابل مشاهده است، اما تأثیر آن می‌تواند فراتر از محیط‌های آزمایشگاهی باشد.
به گفته محققان، این اثر می‌تواند در مقیاس‌های بزرگتر، مانند امولسیون‌ها، مایعاتی که در آنها قطرات روغن بی‌شماری در آب توزیع شده‌اند، نیز قابل مشاهده باشد.
دکتر استفن هاردت، استاد نانو و میکروفلوئیدیک در دانشگاه فنی دارمشتات، خاطرنشان کرد که در چنین سیستم‌هایی، اثر مشاهده‌شده می‌تواند میلیاردها بار به‌طور همزمان در یک ظرف واحد رخ دهد و به‌طور بالقوه منجر به تشکیل الگوهای پیچیده شود.
هاردت در پایان گفت: «پدیده‌ای که ما مشاهده و توصیف کردیم، می‌تواند برای استخراج قطرات یا حباب‌های ریز از یک مایع برای تجزیه و تحلیل نیز مورد استفاده قرار گیرد.» این پروژه توسط بنیاد تحقیقات آلمان (DFG) تأمین مالی شده است.
این کشف همچنین می‌تواند امکانات جدیدی را در شیمی تحلیلی ایجاد کند. این تیم پیشنهاد داد که می‌توان از این اثر برای به دام انداختن یا استخراج انتخابی قطرات یا حباب‌های کوچک از مایعات جاری استفاده کرد، که ابزاری بالقوه مفید برای سیستم‌های آزمایشگاه روی تراشه، تجزیه و تحلیل شیمیایی و تشخیص است.
نتایج به صورت آنلاین در مجله Soft Matter از قبل منتشر شده است.
