Sztuczna skała pomogła w rozwiązaniu 54-letniej zagadki

Roztwory polimerowe poddane działaniu ciśnienia mogą zmienić swoje właściwości, na przykład tracąc swoją lepkość i zwiększając szybkość przepływu. W przeszłości zauważono jednak, że przepuszczone przez porowate struktury roztwory polimerowe zyskują odwrotne właściwości, czyli stają się bardziej lepkie i tracą n prędkości przepływu.

Po 54 latach naukowcom z Uniwersytetu Princeton udało się wyjaśnić to nietypowe zjawisko. Ich dokonania mogą mieć implikacje w wielu różnych dziedzinach życia, zaczynając od ochrony środowiska a na wydobyciu ropy naftowej kończąc. Co ciekawe, kluczową rolę w rozwiązaniu zagadki odegrała przezroczysta sztuczna skała.

Czytaj też: Zanieczyszczenia w Chinach przewyższają już emisje wszystkich rozwiniętych krajów razem wziętych

Właśnie dzięki niej naukowcy byli w stanie przeprowadzić wizualizację dotyczącą ruchu roztworu polimeru. Zaprojektowany przez nich eksperyment wykazał, że wzrost lepkości w porowatych strukturach jest związany z faktem, że przepływ roztworu polimeru staje się chaotyczny. Autorzy badania opisali swoje dokonania na łamach Science Advances, a Sujit Datta nie kryje zaskoczenia tym, że przez ponad pięćdziesiąt lat nie opracowano sposobu umożliwiającego przewidywanie lepkości roztworów w porowatych nośnikach.

W ramach eksperymentu, który miał dostarczyć długo poszukiwanych odpowiedzi, Christopher Browne zbudował niewielkich rozmiarów prostokątną komorę losowo wypełnioną małymi kulkami ze szkła borokrzemowego. Następnie do środka wpompował roztwór polimeru z fluorescencyjnymi mikrocząsteczkami lateksu, co miało ułatwić obserwację przepływu roztworu wokół kulek.

Rozwiązanie zagadki może pomóc w ochronie środowiska oraz wydobywaniu ropy naftowej

Pory powstałe między kulkami, ze względu na niezwykle małe średnice, musiały być obserwowane pod mikroskopem. W ten sposób Browne i jego współpracownicy analizowali przepływ płynu przez każdy z tych porów. Okazało się, że wraz z przepływem roztworu polimeru przez porowate medium, przepływ ten stawał się chaotyczny. Przejawiało się to powstawaniem swego rodzaju turbulencji. Efekt ten stawał się nawet bardziej widoczny, gdy roztwór był poddawany działaniu wyższego ciśnienia.

Czytaj też: Skały księżycowe zebrane przez misję Chang’e 5 są młodsze niż powinny. Nikt nie wie, dlaczego

Jako że roztwory polimerowe są z natury lepkie, osoby zajmujące się ochroną środowiska wpompowują je do gruntu w silnie zanieczyszczonych miejscach, na przykład opuszczonych fabrykach chemicznych. Lepkie roztwory umożliwiają usuwanie śladowych ilości zanieczyszczeń z gleb i pomagają w odzyskiwaniu ropy naftowej poprzez wypychanie jej z porów w skałach głęboko pod ziemią. Poza tym, w grę wchodzi również oczyszczanie wód gruntowych z chemikaliów i metali ciężkich.