Этап С представляет собой качественный скачок – переход на микроуровень, т.е. использование капиллярно-пористых материалов (КПМ).
Переход к капиллярной структуре изменяет требования к структурированию ячеек и использованию технологических эффектов.
В КПМ могут использоваться структуры с открытыми и закрытыми капиллярами различных размеров и направлений.
Из технологических эффектов на этапах C и D, прежде всего, используются капиллярные эффекты.
Наиболее известные из капиллярных эффектов: ультразвуковой капиллярный эффект, термокапиллярный эффект, электрокапиллярный эффект, геометрический капиллярный эффект.
Капилляр – это трубка с малым внутренним диаметром.
Капиллярные явления (от лат. Capillaris – волосяной), физические явления, заключающиеся в способности жидкости изменять уровень в капилляре.
Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например, воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п.
Понижение жидкости происходит в капиллярах, не смачиваемых жидкостью, например, ртуть в стеклянной трубке.
Это явление обусловлено действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред.
Ультразвуковой капиллярный эффект: увеличение в десятки раз скорости движения и высоты подъема жидкости в капиллярах при непосредственном воздействии ультразвука (рис. 5.52а). На рисунке стрелкой условно показано воздействие ультразвука (УЗ) на капилляр. При воздействии УЗ жидкость в капилляре поднимается на высоту h>1 большую, чем в капилляре без воздействия h>2 (h>1> h>2).
Рис. 5.52. Капиллярные эффекты
Действие термокапиллярного эффекта аналогично ультразвуковому капиллярному эффекту – увеличение скорости и высоты подъема жидкости при наличии в капилляре разности температур (рис. 5.52б). На рисунке стрелкой условно показано воздействие температуры (Т>о) на капилляр. Наверху капилляра температура выше, чем внизу. Это условно показано знаком плюс (+Т>о). Жидкость в капилляре течет в сторону большей температуры и поднимается на высоту h>1 большую, чем в капилляре без воздействия h>2 (h>1> h>2).
Электрокапиллярный эффект – зависимость поверхностного натяжения на границе раздела твердых и жидких электродов с растворами электролитов и расплавами ионных соединений от электрического потенциала. Эта зависимость обусловлена образованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз.
Воздействие электрического потенциала (+U, -U) к капилляру условно показано стрелками (рис. 5.52в). Электрический ток заставляет жидкость течь в капилляре в определенном направлении и поднимается на высоту h>1 большую, чем в капилляре без воздействия тока h>2 (h>1> h>2). Приложение потенциала зависит от вида жидкости.
Изменением потенциала можно осуществлять инверсию смачивания – переход от несмачивания к смачиванию и наоборот56.
Геометрический капиллярный эффект – это условное название явления (название дал автор), при котором жидкость течет в сторону меньшего диаметра капилляра (рис. 5.52 г). Диаметр верхнего конца капилляра d>2 меньше диаметра нижнего конца капилляра d>1 (d>1> d>2). На рисунке утрированно показано сужение капилляра. В сужающемся капилляре жидкость поднимается на высоту h>1 большую, чем в ровном капилляре h>2 (h>1> h>2).
Изменить диаметр капилляра можно, например, если сделать его из материала с эффектом обратимой памяти формы. Тогда можно управлять движением жидкости.
Управлять процессами, происходящими в капиллярах, можно, изменяя вязкость и смачивание жидкости всеми известными способами, в том числе и химическими, например, использование поверхностно-активных веществ. Кроме того, можно использовать ферромагнитную или реологическую жидкости и магнитное или электрическое поля.