Ученые разработали способ управления потоком внутри мыльной пленки
 При смачивании двух горизонтальных параллельных друг другу электродов мыльным раствором, между ними образуется канал жидкости, стенками которого являются слои молекул поверхностно-активного вещества. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Сравнительно новые области микро- и нанофлюидики позволяют заменить всю объемную лабораторную посуду одним чипом, посредством которого можно манипулировать каплями жидкости. Это открывает для науки новые горизонты, поскольку для исследований больше не потребуется получать большие объемы дорогостоящих реагентов.
Подобные химические лаборатории в миниатюре могут перемещать жидкость при помощи электрических полей, воздействующих на их ионы. Данное явление носит название электроосмоса. Оно преобладает в микро- и наноканалах, где отношение площади поверхности жидкости к ее объему достаточно высоко. Правда, до сегодняшнего дня не так много исследований было посвящено вопросу, как изменится данное явление, если речь пойдет о свободно изменяемом соотношении площади поверхности капли к ее объему (т.е. о мягких стенках канала, в котором находится жидкость). Эту работу взяла на себя исследовательская группа из Франции.
Мыльная пленка представляет собой деформируемый канал, который состоит из двух слоев «мыльных» молекул, между которыми заключен слой воды. В своей работе группа ученых из University of Lyon (Франция) занималась изучением влияния электрического поля на подобные мыльные пленки. В рамках своих исследований ученые создали два электрода, представляющих собой параллельные горизонтальные пластины, расположенные на расстоянии примерно в 0,5 см друг от друга. Команда смачивала электроды мыльным раствором, состоящим из воды, поверхностно-активного вещества и хлорида калия (который обеспечивал наличие свободных ионов). При такой конфигурации эксперимента стенками канала становились два концентрических цилиндрических слоя поверхностно-активного вещества, между которым свободно перемещались ионы воды и хлористого калия. При выключенном внешнем напряжении положительно заряженные молекулы ПАВ притягивали к себе из раствора отрицательно-заряженные ионы хлорида, так что они концентрировались вдоль наружной и внутренней стенки канала. Ионы противоположного знака сосредотачиваются в объеме жидкости.
В ходе эксперимента команда прикладывала к системе различные напряжения, изменяя, таким образом, ток движущихся ионов. Используя некоторые предварительные расчеты, команда выделяла из общего тока вклад поверхностных и объемных ионов. При небольших напряжениях, как и ожидалось, ток поверхностных ионов обеспечивал движение жидкости внутри мыльной пленки, вопреки силам тяжести. Однако при увеличении напряжения ученые обнаружили, что, помимо этого движения, присутствует также утолщение самой пленки (в результате чего увеличивается объемный ток). Причем, измерения показали, что толщина пленки, в зависимости от напряженности электрического поля, варьировалась в несколько раз.
Ученые полагают, что обнаруженная зависимость скорости потока от напряжения может быть использована для создания в будущем жидкостных устройств, работающих на основании той же идеи, что и электронные компоненты. Она позволит либо ограничить поток жидкости до нуля (ниже определенного порогового напряжения, по аналогии с состоянием «выключено» для электронного затвора транзистора), либо, наоборот, запустить его с нужной скоростью. Дополнительные интерес устройство вызывает за счет того, что описанные изменения осуществляются за счет деформации самого канала.
Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Жидкий магнит: смешать, но не взбалтывать
- Пятна от кофе позволяют непосредственно проверить уравнение, описывающие широкий круг физических явлений
- Размеры листьев фиксирует физика дерева
- Французские ученые смоделировали движение подводных лавин
- Разработан способ измерения минимального течения
Источники: