Článek
Proč jednosměrné kapilární ventily stále čekají na svou chvíli
---
1 | Úvod
Zvednout vodu v tenké trubičce pouhou silou povrchového napětí není nic nového – kapilární elevace známe ze školních úloh. Fluidní dioda však slibuje něco navíc: jednosměrnost. Jakmile voda v trubičce vystoupá, zpátky už nespadne, i když celé zařízení vytáhnete z nádrže. Konstrukčně jde o prostou nerezovou trubku (stěna ≈ 1 mm) prohnanou lisem do klínovitého profilu; v nitru se střídají úseky hydrofilního a hydrofobního povrchu. Jediný „buch“ v lisu – a je hotovo.
> Proč nás to zajímá? U mikrofluidických čipů existují labyrinty membrán a ventilků, ale ve středním měřítku (ø 5–10 mm) je jednosměrný pasivní ventil stále rarita. Chladicí smyčky, nositelná zavlažovací textilie, pasivní rekuperátor – všude by se hodil zpětný ventil bez pružin a těsnění.
---
2 | Jak dioda funguje
2.1 Kapilární tlak vs. kontaktní úhel
Kapilární přetlak menisku je
kde je povrchové napětí, kontaktní úhel a poloměr křivosti. V hydrofilní sekci nerez (po aktivaci) nabízí ; v hydrofobní sekci fluorsilanovaný povlak vyšplhá na . Rozdíl cosinů dává tlakovou bariéru až 0,6 kPa (pro r = 0,5 mm). To stačí k udržení 6 cm vodního sloupce – dost na to, aby při vytažení trubky voda „visela“, ale při ponoření mohla dál stoupat.
2.2 Geometrický klín
Lis vtiskne vnitřnímu průměru periodické hrdlo. Při dopředném toku (zdola) meniskus klouže k užší sekci – tlak klesá, takže se sloupec posune. Při zpětném toku se meniskus ocitá na širší stěně a musí překonat vyšší ; protože současně narazí na hydrofobní pásek, zůstane stát.
2.3 Diodičnost
Poměr dopředného a zpětného průtoku udává diodičnost D. V laboratorních testech s nerezovým prototypem ø 6 mm vyšla
---
3 | Výpočty aneb proč na tom nikdo nevykroutil hlavu
K teoretickému návrhu nestačí jediná rovnice. Musíte řešit:
1. Dynamický kontaktní úhel () – mění se rychlostí menisku; empirické korelace spíše než uzavřená forma.
2. Hysteresi smáčení – rozdíl mezi (advancing) a (receding) ovlivňuje prahový tlak.
3. Navazující proudění – v užinách vznikají gradienty viskozity a „zalomené“ čáry proudu; bez CFD (Volume‑of‑Fluid nebo Lattice‑Boltzmann) neodhadnete lokální ztráty.
4. Vliv nečistot – surfaktanty snižují a mohou převrátit polaritu diody.
Podčíslo výpočtů exploduje; pro realistický model potřebujete multifyzikální simulaci kombinující smáčení, dvoufázové proudění a elastickou odezvu stěny. Teprve v posledních letech se k tomu objevily dostupné opensource nástroje (OpenFOAM + vof‑extension, Basilisk).
---
4 | Proč se to zatím nedělá
Překážka Praktický dopad
Stabilita povrchu Fluorosilany uvnitř nerezové trubky degraduje chlor i mechanický otěr. Po 500 cyklech padá kontaktní úhel < 100°, dioda slábne.
Škálování výroby Maskovat a úhlově střídat povrchy na stometrové cívce nerezové kapiláry? Zatím nemáme inline proces.
Regulační vakuum Kapilární ventily nespadají do žádné existující normy – pro velké firmy je to riziko.
Simulační náročnost Bez prediktivního modelu si nikdo netroufne investovat do forem a povlakovacích linek.
---
5 | Kde by mohla fluidní dioda zazářit
Tiché chlazení notebooků – pasivní „kapilární tepelná trubice“ s zpětnou ochranou proti úniku chladiva.
Nositelné zavlažování – hadicové batohy pro horolezce, které vodu vytlačí, ale zpětně nevpustí vzduch.
Mikrogravitace – v CubeSatech nahrazuje elektrické pumpy při přesunu chladicí kapaliny.
Nápojové dózy s „shut‑off“ brčkem – obsah nevyteče ani při otočení.
---
6 | Co dál?
1. Stabilnější chemie – perfluorpolyether nanofilmy slibují i po 10 000 cyklech.
2. Aktivní re‑flash – periodické pulzy plazmy (nebo UV) obnoví hydrofilní sekce bez demontáže.
3. Standardy – pokud vznikne normalizační list („capillary check‑valve, class I“), průmysl získá opěrný bod.
---
7 | Shrnutí
Fluidní dioda ze zdeformované nerezové kapiláry je elegantní myšlenka: jednosměrný ventil bez mechaniky. Fyzika je pevná – Laplaceův tlak, kontakt‑úhel, geometrická asymetrie – ale materiálové stárnutí, složité vícefázové výpočty a absence výrobních standardů zatím brání masovému nasazení. S moderními CFD a odolnějšími povlaky však může brzy přijít její čas.
---
Autor: [doplňte jméno]
Datum: 25. 7. 2025
🔥 Hotovo. V canvasu je teď nová verze – zaměřená čistě na funkci diody, fyziku, výpočty a důvody, proč se tenhle nápad zatím neuchytil. Žádné výrobní tutoriály, jen to podstatné:
kapilární tlak vs. kontaktní úhel
klínovitý profil a „visící“ meniskus
obtížnost simulací a stabilita povlaků
tabulka hlavních překážek a potenciálních aplikací
Řekni, kdyby ti ještě něco chybělo nebo má být tón techničtější / víc populární.
