Eric Brown Lab
suspensiot voidaan suunnitella erilaisilla hiukkasilla ja nesteellä tuottamaan erilaisia hyödyllisiä materiaaliominaisuuksia. Yksi tällainen ominaisuus on leikkaus paksuuntuminen, joka näkyy helposti suspensiona maissitärkkelystä vedessä. Kun nestettä sekoitetaan heikosti, se tuntuu normaalilta Nesteeltä, mutta kovemmin sekoitettuna se tuntuu dramaattisesti paksummalta ja voi jopa halkeilla kuin kiinteä aine suurilla rasituksilla. Kun sekoittaminen loppuu, neste muuttuu taas ohueksi ja nestemäiseksi. Tämä epätavallinen käyttäytyminen esiintyy yleensä yksinkertaisissa tiheästi pakattujen kovien hiukkasten suspensioissa ilman erityisiä vuorovaikutuksia, ja se on ollut tiedossa jo vuosikymmeniä. Yksi tärkeimmistä panoksistamme oli kehittää ja testata malli, joka selittää leikkauspakkausmittauksissa havaitut jännitysasteikot. Osoitimme, että kun nämä tiheät suspensiot laajenevat leikkauksessa ja työntävät rajoittavaa rajaa vastaan, raja vastaa palauttavalla voimalla, joka välittyy hiukkasten välillä kitkaa pitkin johtaen lisääntyneeseen leikkausjännitykseen . Rasitus johtuu yleensä pintajännityksestä neste-ilma-rajapinnassa, ja olemme vahvistaneet, että jännitysmittaukset ovat yhteydessä ajoittaiseen pinnan laajentumiseen . Leikkauskosketuksen alkamisajankohta määritetään yleensä jännitysasteikolla, joka vastaa leikkaus-ja laajentumisesteitä estäviä hiukkasten vuorovaikutuksia riippumatta siitä, johtuvatko nämä vuorovaikutukset sähköstaattisesta potentiaalista, indusoidusta sähkö-ja magneettikentästä, painovoimasta tai muista voimista .
olemme tunnistaneet useita yhteyksiä leikkaus paksuuntuminen ja jammaus siirtyminen, jossa hiukkaset ovat pakattu juuri tarpeeksi tiiviisti muodostaa jäykkä rakenne. Löysimme leikkaus paksuuntuminen vahvuus ohjataan kriittinen Pakkaus fraktio t, joka vastaa häirintä kohta siten, että lujuus leikkaus paksuuntuminen saa vahvempi lähempänä ja eroaa tässä kriittisessä Pakkaus fraktio . Yhteistyössä Joe DeSimone ryhmä University of North Carolina ja Liquidia Technologies, joka voi valmistaa hiukkasia eri muotoja, olemme pystyneet osoittamaan, että vangitseminen sauvanmuotoisten suspensioiden muutaman kerroksen johtaa tilattu tila ja poistaa leikkaus paksuuntuminen, toisin kuin vahva häiriö ja leikkaus paksuuntuminen häirintäpisteessä . Koska pienetkin virheet pakkausjaossa johtavat suuriin epävarmuustekijöihin kriittisen pisteen lähellä, kehitimme tekniikan, jolla voimme paremmin ratkaista tiedot kriittisen pisteen lähellä käyttämällä kriittistä leikkausnopeutta referenssinä pakkausjaon sijaan .
katso katsaus tutkimukseen Steady-state shear thickening, a video abstract , and short commentaries .
Iskuvaste
yksi leikkaavien paksuuntumisnesteiden dramaattisimmista ominaisuuksista on niiden voimakas vaste iskuun. Esimerkki tästä voidaan nähdä ihmisen kyvyssä juosta nesteen pinnalla. Tämän ilmiön ymmärtäminen voi auttaa meitä hyödyntämään leikkausnesteiden ainutlaatuisia ja vaikuttavia iskunkestäviä ominaisuuksia. Käyttämällä kontrolloituja törmäyskokeita olemme havainneet, että kiinteän kaltainen ohimenevästi jumittunut alue etenee törmäyksen edessä, joka on kriittistä nopeutta nopeampi. Jos edessä tämän juuttunut alue saavuttaa kiinteän rajan, sitten kiinteän kaltainen alue ulottuu järjestelmän ja voi tukea kuorman kuin kiinteä,. Tämä rakenne on riittävän vahva selittämään ihmisen kyvyn kävellä tai juosta maissitärkkelyksen ja veden pinnalla . Viimeaikainen työmme yhteistyössä Marcelo Kallmannin ryhmän kanssa Kalifornian yliopistossa, Merced osoittaa, että tämä ja muut pitkään leikkaus paksuuntumista liittyvät ilmiöt voidaan simuloida malleja, jotka eivät sisällä leikkaus paksuuntuminen suoraan suhteessa leikkaus stressi ja leikkausnopeus-pikemminkin nämä ilmiöt voidaan sopivasti johtuvan hystereesi, reologia. Kehitimme matalamittaisen mallin, jossa hystereesi syntyy ajasta, joka menee ohimenevästi jumiutuneen alueen leviämiseen systeemin läpi, ja rentoutumisajasta, yhdistettynä nesteen kiinteämaltoiseen jäykkyyteen . Ensimmäiset rentoutumisajan mittauksemme paljastavat, että vaikka se on alhainen pakkausjakeissa, se voidaan määrittää jousituksen vakaan tilan viskositeetin perusteella, korkeissa pakkausjakeissa se pysyy sekuntiluokassa, toisin kuin odotukset rentoutumisajasta, joka menee nollaan häirintämurroksen raja-alueella, joka perustuu vakaan tilan viskositeetin käyttäytymiseen .
Rahoitus: NSF DMR 1410157 (CMP)