Højhastighedsforsøg viser, hvad der sker, når polymervæsker revner

Abstrakt:

Polymervæsker, der er meget udbredt i industrier og dagligdagen, kan udvise kompleks adfærd under ekstreme forhold. Et sådant spændende fænomen er væskekrakning, hvor væskekædens molekyler brister, hvilket fører til en pludselig frigivelse af energi og materialefragmentering. På trods af dens betydning i både industrielle processer og grundlæggende videnskab forbliver den detaljerede dynamik af polymervæskekrakning dårligt forstået, primært på grund af udfordringerne forbundet med at fange disse hurtige begivenheder.

I denne undersøgelse udnytter vi kraften ved højhastigheds-billeddannelse og multi-skala analyse til at optrevle mekanismerne bag polymervæske-cracking. Ved hjælp af specialdesignede eksperimentelle opsætninger og avancerede billedbehandlingsteknikker visualiserer vi brudprocesserne i realtid og opnår hidtil uset indsigt i udviklingen af ​​materialestrukturer under revnedannelse. Vores eksperimenter afslører indviklede mønstre for væskeudsprøjtning, kavitation og chokbølgegenerering, som giver afgørende information om energispredning og fragmenteringsprocesser.

Ved at manipulere eksperimentelle parametre som polymersammensætning, temperatur og spændingsforhold undersøger vi systematisk sammenhængen mellem materialeegenskaber og revneadfærd. Vores resultater kaster lys over indflydelsen af ​​molekylær arkitektur, sammenfiltringsdensitet og viskoelastiske egenskaber på væskekrakningsdynamikken. Denne viden muliggør rationelt design og optimering af polymermaterialer, hvilket baner vejen for forbedret ydeevne og sikkerhed i forskellige teknologiske anvendelser.

I sidste ende bygger vores arbejde bro mellem grundlæggende forståelse og praktiske anvendelser og fremmer området for polymerfysik og materialevidenskab. Indsigten opnået fra vores højhastighedseksperimenter kan guide udviklingen af ​​mere robuste polymermaterialer, der bidrager til innovationer på tværs af industrier lige fra elektronik og energi til sundhedspleje og rumfart.