Måling af små kræfter, der fører til store effekter

Kræfter mellem individuelle partikler i slam er ansvarlige for deres rheologiske adfærd. Direkte kvantificering af fysiske kræfter mellem mineralflader er nu mulig med atomkraftmikroskopi, takket være arbejdet hos IDREAM, et Energy Frontier Research Center (EFRC) finansieret af DOE's Office of Science, Grundlæggende energividenskab.

Kvantificering af kræfter mellem krystalflader muliggør forudsigelser af kompleks adfærd i kolloide systemer såsom selvsamling, aggregering, og rheologiske egenskaber af opslæmninger.

Kræfter mellem nanokrystaller er grundlaget for mange generiske (f.eks. tilfældig aggregering/samling og rheologi) og specifik (f.eks. orienteret vedhæftning) fænomener i gyller. Detaljeret viden om disse kræfter på molekylært niveau er nødvendig for at forklare og forudsige sådanne makroskopiske fænomener. Forskere kan nu direkte måle disse kræfter via atomkraftmikroskopi (AFM).

Ved hjælp af mikrofremstillingsmetoder, AFM cantilevers er modificeret til at montere retningsorienterede krystalspidser. For at simulere et gyllemiljø, spidsen placeres over et velkarakteriseret substrat i en gennemstrømningscelle, hvor systemets vandige kemi kan kontrolleres. Ændringer i vekselvirkningskraften mellem spidsen og et substrat måles som en funktion af kemiske forhold. Denne tilgang kan bruges til at vedhæfte stort set alle krystaller til en AFM-cantilever.