Επιστήμονες κατασκεύασαν διάταξη μικροδιαύλων που λειτουργεί όπως μια δίοδος μιας-κατεύθυνσης για ρευστά

Μια δίοδος είναι ένα κοινό ηλεκτρονικό συστατικό που περιορίζει τη ροή του ρεύματος σε μια κατεύθυνση. Ερευνητές έχουν αναπτύξει μια συσκευή μικρο-ροής η οποία παράγει αυτή της μιας κατεύθυνσης λειτουργία με ρευστά. Αυτή η δίοδος ρευστού είναι μια διάταξη μικροδιαύλων που είναι υδροφιλικοί στο ένα άκρο και υδροφοβικοί (απωθούν το νερό) στο άλλο. Επειδή δεν υπάρχουν κινητά μέρη, αυτή η συσκευή θα μπορούσε εύκολα να ενσωματωθεί μέσα σε τεχνολογίες lab-on-a-chip.

Οι δίοδοι ρευστού μπορούν να κατευθύνουν τις ροές του ρευστού σε μικρο- και νάνο-υδροπνευματικές συσκευές. Μπορούν, για παράδειγμα, αποτρέπουν τη μόλυνση μεταξύ δοχείων αντίδρασης. Οι μικροβαλβίδες μπορούν να λειτουργήσουν ως δίοδοι, αλλά είναι ενεργές (δηλαδή, χρειάζεται να τροφοδοτούνται) και έχουν κινούμενα μέρη που μπορεί να καταρρεύσουν. Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει παθητικές συσκευές με ροή εξαρτώμενη από την κατεύθυνση, αλλά λειτουργούν μόνο για ειδικά ρευστά, όπως τζελ και πολυμερή, με ασυνήθιστες ιδιότητες στην συμπεριφορά της ροής τους.

Ο Zhigang Li και οι συνάδελφοί του από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Hong Kong δημιούργησαν μια παθητική δίοδο για ρευστά με συμβατικό ιξώδες, όπως το νερό ή το αίμα. Η συσκευή συνίσταται από 200 νανοδιαύλους, με τον καθένα να έχει το ένα άκρο φτιαγμένο από υδροφιλικό διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) και το άλλο με υδροφοβικό οξείδιο του Αργιλίου (Al2O3). Οι νανοδίαυλοι είναι διατεταγμένοι παράλληλα μεταξύ δυο ευρύτερων μικροδιαύλων γεμάτων με απιονισμένο νερό.

Η ομάδα μετέβαλε την πίεση στις δυο πλευρές της διόδου και μετρούσε την προκύπτουσα ροή. Για πιέσεις κάτω των 6 ατμοσφαιρών, συνέβαινε μόνο προς τα εμπρός (από το υδροφιλικό προς το υδροφοβικό άκρο) ροή. Η προς τα πίσω ροή περιοριζόταν από τη μοριακή άπωση στην υδροφοβική είσοδο. Σε υψηλότερη πίεση, το νερό έρεε στην προς τα πίσω κατεύθυνση αλλά σε πιο αργό ρυθμό από ότι στην προς τα εμπρός. Αυτή η αποκαλούμενη διορθωτική συμπεριφορά συνεχίζονταν σε πιέσεις πάνω από 30 ατμόσφαιρες, σημείο στο οποίο οι ροές στις δυο κατευθύνσεις γινόταν ίσες.

Πηγή: APS

Περισσότερα στην δημοσίευση: Nanofluidic Diode for Simple Fluids without Moving Parts, Phys. Rev. Lett. 115