Ny tilgang til blødt materialestrøm kan give vej til nye materialer, katastrofeforudsigelse

Hvordan forbliver tandpasta i tuben og siver ikke ud, når vi fjerner hætten? Hvad er årsagen til, at tilsyneladende fast grund pludselig bryder løs i et jordskred? At definere nøjagtigt, hvordan bløde materialer flyder og griber, har unddraget sig forskere i årevis, men en ny undersøgelse forklarer denne komplekse bevægelse ved hjælp af relativt enkle eksperimenter. Evnen til at definere - og til sidst forudsige - blød materialestrøm vil gavne mennesker, der beskæftiger sig med alt fra smøreost til laviner.

Studiet, som blev udført ved University of Illinois, Urbana-Champaign, er offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Science .

"Vi finder ud af, at blødt materialestrøm mere er en gradvis overgang frem for den pludselige ændring, de nuværende modeller foreslår, "sagde professor i kemi og biomolekylær teknik Simon Rogers, der ledede undersøgelsen og er tilknyttet Beckman Institute for Advanced Science and Technology ved U.

Teamet udviklede en ny testprotokol, der gør det muligt for forskere at måle de individuelle solidlike og væskelignende adfærd for disse materialer separat - noget, der aldrig er gjort før, sagde Gavin Donley, en kandidatstuderende og hovedforfatter af undersøgelsen.

I laboratoriet, holdet udsatte en række forskellige bløde materialer - en polymermikrogel, xanthangummi, et glaslignende materiale og en fyldt polymeropløsning - til forskydningsspænding og måling af de individuelle fastlignende og væskelignende belastningsresponser ved hjælp af en enhed kaldet et reometer.

"Vores eksperimenter viser os et meget mere detaljeret og nuanceret syn på blødt materialestrøm, "Sagde Donley." Vi ser en kontinuerlig overgang mellem de faste og flydende tilstande, som fortæller os, at de traditionelle modeller, der beskriver en pludselig adfærdsændring, er forenklet. I stedet, vi ser to adskilte adfærd, der afspejler energispredning via faste og flydende mekanismer. "

Teamets umiddelbare mål er at forvandle denne eksperimentelle observation til en teoretisk model, der forudsiger bevægelse af blødt materiale, Sagde Rogers.

"De eksisterende modeller er utilstrækkelige til at beskrive de fænomener, vi har observeret, "sagde han." Vores nye eksperimenter er mere tidskrævende, men de giver os bemærkelsesværdig klarhed og forståelse af processen. Dette vil tillade os at skubbe forskning i bløde materialer fremad i en lidt anden retning end tidligere. Det kan hjælpe med at forudsige adfærd for nye materialer, selvfølgelig, men også hjælpe med anlægsudfordringer som mudderskred, dæmningsbrud og laviner. "