Eric Brown Lab

懸濁液は、様々な有用な材料特性を生成するために異なる粒子 そのような特性の1つはせん断肥厚であり、これは水中のコーンスターチの懸濁液で容易に見られる。 流体が弱く攪拌されると、それは通常の液体のように感じますが、より強く攪拌されると、それは劇的に厚く感じ、高い応力で固体のように亀裂さえも 攪拌が停止すると、流体は再び薄くなり、液体のようになる。 この異常な挙動は、特別な相互作用を伴わずに高密度に充填された硬質粒子の単純な懸濁液で一般に起こり、何十年もの間知られてきた。 私たちの主な貢献の一つは、せん断増粘測定で観察された応力スケールを説明するモデルを開発し、テストすることでした。 これらの高密度懸濁液がせん断下で膨張し，閉じ込め境界に対して押し出されると，境界は摩擦接触に沿って粒子間に伝達される復元力で応答し，せん断応力が増加することを示した。 閉込め応力は通常，液-空気界面における表面張力に起因し，応力測定は間欠的な表面膨張に結合することを確認した。 せん断増粘レジームの開始は，それらの相互作用が静電ポテンシャル，誘起電場および磁場，重力または他の力から来るかどうかにかかわらず，せん断および膨張を防止する粒子相互作用に対応する応力スケールによって一般的に設定される。

我々は、粒子が剛性構造を形成するのに十分なだけしっかりと充填されているせん断肥厚と妨害遷移との間のいくつかの接続を同定しました。 せん断肥厚の強さは，この臨界充填率に近づくほど強くなり，この臨界充填率で発散するように，妨害点と一致する臨界充填率ｔによって制御されることが分かった。 異なる形状の粒子を作製することができるノースカロライナ大学のJoe DeSimoneのグループとLiquidia Technologiesとの共同で、我々は、いくつかの層への棒状懸濁液の閉じ込めは、順序付けられた状態になり、妨害点での強い無秩序とせん断肥厚とは対照的に、せん断肥厚を排除することを示すことができた。 充填率の小さな誤差でも臨界点付近で大きな不確実性をもたらすので，充填率の代わりに臨界せん断速度を基準として，臨界点付近のデータをよりよく解決する技術を開発した。

定常状態せん断肥厚における研究の概要については、私のレビュー、ビデオ要約、および短い解説を参照してください。

衝撃応答

せん断増粘流体の最も劇的な特性の一つは、衝撃に対する強い応答です。 これの一例は、人が流体の表面上を走る能力に見ることができる。 この現象を理解することで、せん断増粘流体のユニークで印象的な耐衝撃特性を利用することができます。 制御された衝撃実験を用いて，固体のような一時的に詰まった領域が臨界速度よりも速い衝撃の前に伝播することを観察した。 この詰まった領域の前面が固体境界に達すると、固体のような領域がシステムに広がり、固体のような負荷を支えることができます。 この構造は、コーンスターチと水の表面を歩いたり走ったりする人の能力を説明するのに十分強いです。 カリフォルニア大学マーセド校のMarcelo Kallmannのグループとの最近の研究では、せん断肥厚に長い間関連しているこの現象や他の現象は、せん断応力とせん断速度の関係に直接せん断肥厚を含まないモデルでシミュレートすることができることを示している。 ヒステリシスは，過渡的に詰まった領域が系全体を伝播するのにかかる時間と流体の固体状剛性との組み合わせから来る低次元モデルを開発した。 緩和時間の最初の測定から，低充填分率では懸濁液の定常状態粘度によって決定できるが，高充填分率では秒オーダーのままであることが分かった。

資金調達：NSF DMR1410157（CMP）