Eric Brown Lab
Suspenzí mohou být navrženy s různými částic a kapalin vyrábět různé užitečné vlastnosti materiálu. Jednou z takových vlastností je smykové zahušťování, které je snadno vidět v suspenzi kukuřičného škrobu ve vodě. Když kapalina se míchá slabě, připadá mi to jako normální tekuté, ale když se míchá těžší to cítí výrazně silnější a může dokonce prasknout jako solidní na vysoké napětí. Když se míchání zastaví, tekutina se stává tenkou a tekutou. Toto neobvyklé chování dochází obecně v jednoduché závěsy z hustě zabalené těžké částice, aniž by žádné zvláštní interakce, a bylo známo, že o desítky let. Jedním z našich hlavních příspěvků bylo vyvinout a otestovat model, který vysvětluje stupnice napětí pozorované při měření smykového zahušťování. Ukázali jsme, že když tyto husté suspenze se rozšiřují pod smyku a tlačit proti svazující hranice, hranice reaguje s vratnou sílu, která se přenáší mezi částicemi spolu třecí kontakty, což vede ke zvýšení smykového napětí . Omezující napětí je obvykle způsobeno povrchovým napětím na rozhraní kapalina-vzduch, a Potvrdili jsme, že měření napětí jsou spojena s přerušovanou dilatací povrchu . Nástup smykové zesílení režimu je obecně stanovena stres stupnice odpovídající částice, interakce, které zabraňují smyku a dilatace, zda jsou tyto interakce pocházejí z elektrostatický potenciál, indukované elektrické a magnetické pole, gravitace, nebo jiné síly .
identifikovali jsme několik spojení mezi smykovým zahušťováním a přechodem rušení, kde jsou částice zabaleny dostatečně pevně, aby vytvořily tuhou strukturu. Našli jsme síla smykového zesílení je řízeno kritické balení zlomek t, který se shoduje se ruší bod takový, že síla smykového zesílení dostane silnější, blíže k a rozchází se v této kritické balení zlomek . Ve spolupráci s Joe DeSimone skupiny na University of North Carolina a Liquidia Technologií, kteří mohou vyrobit částice různých tvarů, jsme byli schopni ukázat, že vězení ve tvaru tyče pozastavení na několik vrstev výsledků v řádném stavu a eliminuje shear thickening, v kontrastu k silné poruchy a smykové zesílení na rušení bod . Protože i malé chyby v balení zlomek vést k velkým nejistotám v blízkosti kritického bodu, jsme vyvinuli techniku lépe vyřešit dat blízkosti kritického bodu pomocí kritické smykové sazba jako referenční místo balení zlomek .
Pro přehled výzkumu v ustáleném stavu smykové zahušťování, viz moje recenze, video abstrakt, a krátké komentáře .
rázová odezva
jednou z nejdramatičtějších vlastností smykových zahušťovacích kapalin je jejich silná reakce na náraz. Příkladem toho je schopnost člověka běžet na povrchu tekutiny. Pochopení tohoto jevu nám může umožnit využít jedinečných a působivých vlastností smykových zahušťovacích kapalin odolávajících nárazu. Pomocí řízeného dopadu experimentech jsme pozorovali, že solid-jako přechodně zablokovaný regionu šíří v přední části vliv, že je rychlejší než kritická rychlost. Pokud před tímto zaseknutý regionu dosahuje pevné hranice, pak solid-jako region zahrnuje systém a může podporovat zatížení jako solidní , . Tato struktura je dostatečně silná, aby vysvětlila schopnost člověka chodit nebo běžet na povrchu kukuřičného škrobu a vody . Naše nedávná práce ve spolupráci s Marcelo Kallmann skupině na University of California, Merced ukazuje, že tento a další jevy, dlouho spojená s shear thickening může být simulována s modely, které nezahrnují smykové zesílení přímo ve vztahu mezi smykové napětí a smyková rychlost-spíše tyto jevy mohou být více vhodně připsat hystereze v reologie. Vyvinuli jsme nízké dimenzionální model, ve kterém hystereze pochází z kombinace času to bere pro přechodně zablokovaný region propagovat v systému a čas na relaxaci, v kombinaci s pevnou-jako tuhost kapaliny . Naše první měření relaxační doby ukazují, že zatímco při nízkých balení frakce může být určena steady-state viskozita suspenze, při vysokých balení frakce zůstává v řádu sekund, na rozdíl od očekávání relaxační čas jít na nulu v limitu, ruší přechod na základě chování v ustáleném stavu viskozity .
financování: NSF DMR 1410157 (CMP)