| Resumo: |
O aparecimento da fotolitografia suave tornou possível o desenvolvimento de dispositivos miniaturizados para controlar quantidades diminutas de fluido, uma nova tecnologia útil a uma grande variedades de aplicações: sensores, controlo e focagem de escoamentos (como nas impressoras de jacto de tinta), ministração de ingredientes, isolamento, marcação e identificação de produtos químicos e biológicos, numa palavra, o conceito de "lab-on-a-chip". Estes escoamentos de dimensões reduzidas tipicamente envolvem aditivos poliméricos por duas razões: ou eles fazem parte da aplicação pretendida (caso dos biopolímeros) ou são propositadamente utilizados para modificar dramaticamente a dinâmica do escoamento. De facto, os escoamentos de fluidos newtonianos a números de Reynolds muito baixos são reversíveis e a adição de quantidades ínfimas de cadeias poliméricas de elevado pelo molecular introduzem propriedades elásticas nos fluidos e tornam os seus escoamentos assimétricos.
Os escoamentos miniaturizados de fluidos elásticos têm assim o potencial de criar dispositivos lógicos, mas a sua dinâmica necessita de ser extensivamente investigado porque as pequenas escalas modificam o equilíbrio de forças e efeitos em comparação com o que acontece nas grandes escalas. Isto é particularmente verdade para fluidos viscoelásticos, onde quase tudo está por fazer à escala microscópica. É esta a motivação desta proposta: investigar em detalhe, experimental e numericamente, o escoamento de fluidos viscoelásticos em geometrias que possuem comportamento assimétrico por forma a clarificar o papel da reologia e geometria sobre o comportamento fluido dinâmico.
Dois casos são investigados aqui: (1) um díodo de microfluídica, um canal formado por uma cadeia de idênticos segmentos triangulares (dente de serra) com contracções apertadas, cujo comportamento depende da direcção do escoamento e (2) uma expansão suave com uma entrada/ saída lateral.
Para obter estas geometrias recorre-se à litografia  |
Resumo
O aparecimento da fotolitografia suave tornou possível o desenvolvimento de dispositivos miniaturizados para controlar quantidades diminutas de fluido, uma nova tecnologia útil a uma grande variedades de aplicações: sensores, controlo e focagem de escoamentos (como nas impressoras de jacto de tinta), ministração de ingredientes, isolamento, marcação e identificação de produtos químicos e biológicos, numa palavra, o conceito de "lab-on-a-chip". Estes escoamentos de dimensões reduzidas tipicamente envolvem aditivos poliméricos por duas razões: ou eles fazem parte da aplicação pretendida (caso dos biopolímeros) ou são propositadamente utilizados para modificar dramaticamente a dinâmica do escoamento. De facto, os escoamentos de fluidos newtonianos a números de Reynolds muito baixos são reversíveis e a adição de quantidades ínfimas de cadeias poliméricas de elevado pelo molecular introduzem propriedades elásticas nos fluidos e tornam os seus escoamentos assimétricos.
Os escoamentos miniaturizados de fluidos elásticos têm assim o potencial de criar dispositivos lógicos, mas a sua dinâmica necessita de ser extensivamente investigado porque as pequenas escalas modificam o equilíbrio de forças e efeitos em comparação com o que acontece nas grandes escalas. Isto é particularmente verdade para fluidos viscoelásticos, onde quase tudo está por fazer à escala microscópica. É esta a motivação desta proposta: investigar em detalhe, experimental e numericamente, o escoamento de fluidos viscoelásticos em geometrias que possuem comportamento assimétrico por forma a clarificar o papel da reologia e geometria sobre o comportamento fluido dinâmico.
Dois casos são investigados aqui: (1) um díodo de microfluídica, um canal formado por uma cadeia de idênticos segmentos triangulares (dente de serra) com contracções apertadas, cujo comportamento depende da direcção do escoamento e (2) uma expansão suave com uma entrada/ saída lateral.
Para obter estas geometrias recorre-se à litografia convencional no exterior. Primeiro produz-se um vasto conjunto de máscaras metálicas a partir das quais se fabricam as microgeometrias em elastómero com fotolitografia suave. Juntam-se-lhe os outros elementos que formam o circuito (bombas de seringa, tubagens, reservatórios, transdutores de pressão), a reologia dos fluidos é medida, adicionam-se partículas traçadoras aos fluidos e os escoamentos são visualizados num microscópio.
Embora estas experiências sejam realizadas pela primeira vez por esta equipa multidiciplinar, elas são a continuação natural de uma colaboração em curso com o Laboratório de MicroFluídica Hatsopoulos do MIT, onde se treina actualmente o investigador pós-doutorado em microfluídica experimental sob a orientação do Prof. GH McKinley, que é também consultor deste projecto.
O trabalho numérico é uma extensão da nossa investigação viscoelástica à escala macroscópica usando um programa de simulação baseado na metodologia de volumes finitos. As equações constitutivas reológicas disponíveis são multímodo e podem ser do tipo Oldroyd-B, PTT, Giesekus, FENE-P ou FENE-CR. |