At holde fast eller ikke at holde fast? Blandede sandsøjler oplyser design af bedre materialer

Da de lavede søjler med forskellige proportioner af klæbrige korn, fandt de ud af, at søjlens styrke, som karakteriseret ved, hvor meget de deformeres, når de sættes under en belastning, viser en karakteristisk trinvis ændring.

Når andelen af ​​klæbrigt sand når 60%, springer styrken pludselig til en højere værdi. Mere klæbrigt sand fører ikke til yderligere stigning.

Gennem computersimuleringer af en lignende opsætning fandt de ud af, at det var præcis, når klæbrige korn dannede et stift netværk, der strakte sig gennem prøven. Dette skal skelnes fra klæbrige korn, der blot forbindes gennem prøven; linjer af klæbrige korn kan for eksempel nemt deformeres, når enderne skubbes sammen. Det er kun, når der er nok forbindelser mellem korn, at de klæbrige korn kan bære en vægt.

I modsætning til typiske stærke materialer viser disse delvist klæbrige søjler dog en unik adfærd, når de udsættes for større belastninger. Når søjlen deformeres, revner søjlerne ikke; de ændrer i stedet deres form:Forbindelserne mellem klæbrige korn bliver ikke blot ødelagt, men er i stand til at omarrangere og reformere. Dette gør søjlerne ikke kun stærke, men også seje.

Holdet bemærker, at da mere end 60 % klæbrige korn ikke ændrer styrken, kan de øvrige 40 % let skiftes til et hvilket som helst andet materiale, for eksempel noget med antibakterielle egenskaber. Denne kontraintuitive designfunktion baner vejen for kompositmaterialer, som ikke kun er stærkere og sejere, men også funktionelle.

Flere oplysninger: Honoka Fujio et al., Gel-lignende mekanismer for holdbarhed og deformerbarhed i våde granulære systemer, Kommunikationsfysik (2024). DOI:10.1038/s42005-023-01518-0

Journaloplysninger: Kommunikationsfysik

Leveret af Tokyo Metropolitan University