Гидродинамика

[Volt]

Группа физиков под руководством Виноградовой создала расширенную теорию течений жидкости в микро- и наноканалах под действием электрического поля.
При переходе от макроканалов (водопроводных труб, например) к микро- и тем более наноканалам резко меняется характер поведениях жидкости в таких системах. Следствием этого является невозможность прокачки жидкостей через каналы размером порядка микрон и меньше при помощи традиционных насосов: из-за вязкого сопротивления необходимо прикладывать колоссальные давления.
Почти всегда поверхность раздела «жидкость–твердое тело» оказывается заряжена. Если в жидкости растворено вещество-электролит (например, соль), то заряженные ионы будут взаимодействовать с поверхностью — это прямое следствие закона Кулона. В идеале, на стенку должен адсорбироваться тонкий слой ионов, заряд которых в точности скомпенсирует заряд стенки. Однако из-за броуновского движения ионов в жидкости этот слой размывается. Его называют диффузным.
Диффузный слой — это тонкий слой заряженной жидкости, который можно привести в движение, если приложить внешнее электрическое поле вдоль стенки канала. Вязкая жидкость будет послойно разгоняться в пределах диффузного слоя, а затем начнет увлекать за собой даже ту часть жидкости, которая не заряжена. Возникающее явление называется электроосмосом.
Вблизи твердой поверхности возникают не только электростатические, но и особые гидродинамические условия из-за химических особенностей материала.
1) Гидрофильный материал - скорость жидкости на стенке равна нулю (так назывемое «условие прилипания»). При прилипании скорость жидкости у стенки равна нулю и плавно растет по мере удаления от нее.
2) Гидрофобный материал - появляется газовая подушка. При этом скорость на стенке ненулевая.
Сочетание электроосмоса и гидрофобного скольжения может стать весьма полезным для нужд микро- и нанофлюидики, так как позволит сильно увеличить скорости потоков в тонких каналах и уменьшить энергозатраты на прокачку жидкости в таких устройствах, что совершенно необходимо в гонке за миниатюризацию.
Применение
Смысл новой работы можно лучше всего понять, рассмотрев один из наиболее динамично развивающихся разделов современной нанотехнологии — микро- и нанофлюидику. Этот раздел занимается изучением, проектированием и созданием устройств, внутри которых проложено огромное количество микро- и наноканалов для жидкостей, аналогично тому, как на микросхеме проложены медные дорожки, соединяющие электронные чипы. Сфера применения микрофлюидных устройств достаточно широка; в частности, всё больше и больше внимания сейчас уделяется созданию «лабораторий на чипе». Эти устройства, размером с наручные часы, позволяют проводить химические и биологические анализы с непревзойденной скоростью и эффективностью. Так, портативная лаборатория может на основе одной капли крови выполнить одновременно больше десятка анализов и сразу же вывести результат.

Более подробно
http://elementy.ru/news/432444