Forskere udleder ny teori om opførsel af ny klasse af materialer

Forskere ledet af CEE professor Oscar Lopez-Pamies har udledt de styrende ligninger, der beskriver og forklarer den makroskopiske mekaniske opførsel af elastomerer fyldt med væskeindeslutninger direkte i forhold til deres mikroskopiske adfærd. Arbejdet er beskrevet i en artikel af Lopez-Pamies og Ph.D. studerende Kamalendu Ghosh for nylig offentliggjort i Journal of the Mechanics and Physics of Solids .

"Lige siden opdagelsen i begyndelsen af ​​1900-tallet af, at tilsætningen af ​​carbon black og silica nanopartikler til gummi resulterede i et kompositmateriale med drastisk forbedrede egenskaber, er der løbende blevet arbejdet på at forstå, hvornår og hvordan tilsætning af fyldstoffer til elastomerer fører til materialer med nye mekaniske og fysiske egenskaber," skrev Lopez-Pamies. "Fokus har næsten udelukkende været på indeslutninger af fast fyldstof."

Nylige teoretiske og eksperimentelle resultater har afsløret, at i stedet for at tilføje faste indeslutninger til elastomerer, kan tilføjelsen af ​​flydende indeslutninger føre til en endnu mere spændende ny klasse af materialer med potentiale til at muliggøre en række nye teknologier. Nogle eksempler omfatter elastomerer fyldt med ioniske væsker, flydende metaller og ferrofluider, som udviser unikke kombinationer af mekaniske og fysiske egenskaber.

"Årsagen bag sådanne nye egenskaber er dobbelt," skrev Lopez-Pamies. "På den ene side øger tilsætningen af ​​væskeindeslutninger til elastomerer den overordnede deformerbarhed. Dette er i modsætning til tilsætningen af ​​konventionelle fyldstoffer, som, da de er lavet af stive faste stoffer, nedsætter deformerbarheden. Derudover er mekanikken og fysikken i grænsefladerne, der adskiller et fast stof. elastomer fra indlejrede væskeindeslutninger, selvom de er ubetydelige, når indeslutningerne er store, kan have en betydelig og endda dominerende indvirkning på materialets makroskopiske respons, når partiklerne er små.

"Påfaldende nok fastslår ligningerne, at disse materialer opfører sig som faste stoffer, om end faste stoffer med en makroskopisk adfærd, der afhænger direkte af størrelsen af ​​væskeindeslutningerne og opførselen af ​​grænseflader mellem elastomer og væske. Dette giver adgang til et utroligt stort udvalg af fascinerende adfærd. ved passende at justere størrelsen af ​​indeslutningerne og kemien af ​​elastomer/væske-grænsefladerne. En sådan bemærkelsesværdig adfærd er "tilsløring", når virkningen af ​​indeslutningerne kan fås til at forsvinde."

Dette arbejde blev udført som en del af Lopez-Pamies' bevilling fra NSF-programmet, Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future (DMREF). Til gengæld er DMREF en del af multi-agenturer Materials Genome Initiative, som har til formål at bane vejen for opdagelse, fremstilling og implementering af avancerede materialer. + Udforsk yderligere

Gamle mikroorganismer fundet i halit kan have betydning for søgen efter liv