Tætte mikrogelsuspensioner afslører in-silico, hvad der sker under kompression

Microgelsuspensioner er bløde materialer sammensat af tværbundne polymernetværk, der svulmer i et flydende medium. De findes i forskellige applikationer, herunder produkter til personlig pleje, maling og belægninger. At forstå opførselen af ​​mikrogelsuspensioner under kompression er afgørende for at optimere deres ydeevne i disse applikationer.

I en nylig undersøgelse brugte forskere computersimuleringer til at undersøge opførselen af ​​tætte mikrogelsuspensioner under kompression. De fandt ud af, at mikrogelerne gennemgår en række strukturelle transformationer, efterhånden som suspensionen komprimeres. Ved lav kompression er mikrogelerne sfæriske og tilfældigt pakket. Efterhånden som kompressionen øges, begynder mikrogelerne at deformere og danne ansigtscentrerede kubiske (fcc) og sekskantede tætpakkede (hcp) strukturer. Ved endnu højere kompressioner bliver mikrogelerne stærkt deforme og danner en uordnet, glasagtig tilstand.

Forskerne fandt også ud af, at de strukturelle transformationer af mikrogelerne er ledsaget af ændringer i suspensionens mekaniske egenskaber. Ved lave kompressioner er affjedringen blød og elastisk. Efterhånden som kompressionen øges, bliver affjedringen stivere og mere skør. Overgangen fra en blød til en skør tilstand tilskrives dannelsen af ​​fcc- og hcp-strukturerne, som låser mikrogelerne på plads og forhindrer dem i at deformere yderligere.

Resultaterne af denne undersøgelse giver værdifuld indsigt i opførselen af ​​tætte mikrogelsuspensioner under kompression. Disse oplysninger kan bruges til at optimere ydeevnen af ​​mikrogel-baserede materialer i forskellige applikationer. For eksempel kan viden om mikrogelsuspensionernes strukturelle transformationer og mekaniske egenskaber bruges til at designe materialer, der er bløde og elastiske ved lave spændinger, men som bliver stive og sprøde ved høje belastninger. Sådanne materialer kan være nyttige i applikationer, hvor både fleksibilitet og styrke er påkrævet.

Sammenfattende har undersøgelsen af ​​tætte mikrogelsuspensioner under kompression ved hjælp af computersimuleringer afsløret vigtig information om disse materialers strukturelle transformationer og mekaniske egenskaber. Disse oplysninger kan bruges til at optimere ydeevnen af ​​mikrogel-baserede materialer i forskellige applikationer.