Flydende støddæmpere

Bemærkelsesværdige flydende materialer kaldet kolloider stivner under stød. Forskere finansieret af Swiss National Science Foundation har undersøgt virkningen af ​​kraftige påvirkninger som dem, der produceres af skydevåben eller mikrometeoritter.

Ved første øjekast, kolloider ligner homogene væsker såsom mælk eller blodplasma. Men faktisk består de af partikler i suspension. Nogle kolloider har bemærkelsesværdige egenskaber:de kan stivne efter et stød og absorbere overfladestød. Denne ejendom er af interesse for mange anvendelser, fra skudsikre veste til beskyttelsesskjolde til satellitter. Forskere finansieret af Swiss National Science Foundation (SNSF) fandt ud af, at hvordan disse kolloider virker, kan ændre sig dramatisk som reaktion på meget stærke påvirkninger. Forskerne har også udviklet en model, der gør disse egenskaber lettere at forstå. Værket er blevet publiceret i tidsskriftet PNAS .

SNSF-professor Lucio Isa og hans team ved ETH Zürich skaber såkaldte todimensionelle kolloide krystaller. Krystallerne består af silicaperler flere tusindedele af en millimeter i diameter i en blanding af vand og glycerin. I samarbejde med Chiara Daraio fra Caltech og Stéphane Job ved Institut supérieur de mécanique de Paris, forskerne undersøgte, hvordan denne type materiale absorberer stød.

Holdet observerede, at når de kolloide partikler er mikrometer-størrelse, kraften og stødhastigheden ændrer, hvordan stødene absorberes. Under en vis tærskel, væskens viskositet er den afgørende faktor, og klassiske modeller beskriver fænomenet meget godt. "Du skal forestille dig disse små glasperler i deres væske, " siger Isa. "Under en påvirkning, perlerne bevæger sig og spreder væsken omkring dem, mere eller mindre hurtigt afhængig af dets viskositet. Væskens bevægelse er det, der får det hele til at stivne."

Når chokket er særligt intenst, væsken flyder ikke længere mellem perlerne, og de deformeres. "I denne situation, perlernes fysiske egenskaber har stor indflydelse på stødabsorberingen, og de sædvanlige ligninger gælder ikke længere, " siger Isa.

Virkningen af ​​en kugle

For at partiklerne skal have en effekt, påvirkningen skal være ekstremt intens, som det forårsaget af et skydevåben eller mikrometeoritter (objekter på størrelse med sandkorn, der er i stand til at ramme satellitter med en hastighed på ti kilometer i sekundet).

"Det var ikke let at skabe virkninger af denne intensitet i laboratoriet, " forklarer Isa. For at gøre det, forskerne dækkede en lille procentdel af silicaperlerne med guld. Når de udsættes for pulserende laserlys, guldet fordampede, producerer en kraftig chokbølge i kolloidet, der kan sammenlignes med den forårsagede, sige, ved nedslaget af en mikrometeorit.

Ultra-højhastighedskameraer optog handlingen gennem linsen i et mikroskop.

"Kolloider, der viser sådanne egenskaber, er virkelig interessante materialer at studere, " siger Isa. "For eksempel, de kan endda blive brugt til den fremtidige udvikling af skjolde, der beskytter satellitter mod mikrometeoritpåvirkninger."