Stryger oprindelsen af ​​rynker, folder og folder

Ingeniører fra Brown University har kortlagt mængderne af kompression, der kræves for at forårsage rynker, folder, og folder til dannelse i gummiagtige materialer. Resultaterne kan hjælpe ingeniører med at kontrollere dannelsen af ​​disse strukturer, som kan være nyttig til at designe nanostrukturerede materialer til fleksible elektroniske enheder eller overflader, der kræver variabel vedhæftning.

"Når et gummiagtigt materiale komprimeres og når en kritisk belastning, den oplever ustabilitet og danner overflademønstre som rynker, folder, eller folder, "sagde Mazen Diab, en postdoktor i Brown's School of Engineering og papirets første forfatter. "Vi studerer, hvordan hver af disse stater dannes."

Mens de fleste af os måske bruger udtrykkene rynke, fold, og foldes næsten omskifteligt, ingeniører genkender forskellige egenskaber i hver af disse stater. Som defineret af de brune forskere, rynketilstanden er, når der begynder at danne toppe og trug på overfladen, som bølger på havet. Krølletilstanden er, når der dannes en tydeligt skarp rille på overfladen. En fold opstår, når områderne på hver side af rynketrug begynder at røre, danner hule kanaler under materialets overfladeplan.

Forskerne omtaler disse tilstande samlet som "ruga" -stater, et begreb, der stammer fra latin og ofte bruges i anatomi til at beskrive rynkeformationer i kroppen, f.eks. på maven eller mundtaget.

Hver ruga -stat kan have forskellige konsekvenser i en designmiljø. I et fleksibelt printkort, for eksempel, rynker kan være acceptable, men folder eller folder kan forårsage kortslutninger. Ingeniører kan bruge folder eller folder til at kontrollere en overflades klæbeegenskaber. Disse strukturer kan skjule området på en klæbrig overflade i trug, gør det mindre tilbøjeligt til at blive ved. At strække overfladen bringer klæbrigheden tilbage. Folde kan være nyttige til at fange store molekyler eller nanopartikler og til at transportere væsker.

Ideen bag denne seneste forskning er at forstå på hvilke punkter hver ruga -stat danner, hjælpe ingeniører med at udnytte dem bedre. At gøre det, forskerne brugte en matematisk model, der simulerer deformationsegenskaberne for et lagdelt gummiagtigt materiale med dets elastiske egenskab, der varierer med dybden fra overfladen. Resultatet var et fasediagram, der præciserer de præcise mængder komprimering, der kræves for at danne hver ruga -tilstand.

Diagrammet identificerer to folderstater sammen med en rynketilstand og en foldtilstand. Et tilbageslagsfald sker, når en rynke udvikler sig til en fold under yderligere belastning. En øjeblikkelig folder sker, når den indledende belastning er tilstrækkelig til at springe rynkefasen over.

"Fasediagrammet viser den kompressionsstamme, der er nødvendig for at danne alle disse ruga -tilstande, og viser overgangene fra en tilstand til en anden, sagde Diab, der arbejder i laboratoriet af professor Kyung-Suk Kim i Browns School of Engineering. "Ingeniører kan bruge det som en guide til at få de former, de ønsker i forskellige længder."

Ud over materialevidenskab, Kim siger, at arbejdet vil hjælpe forskere "til at gennemskue naturlige processer observeret i store skalaer fra bjergfolde til hudfoldninger og folder af mikroorganer i biologien."

Forskningen er publiceret i Proceedings of the Royal Society A .