Eric Brown Laboratório

Suspensões podem ser projetados com diferentes partículas e líquidos para produzir várias propriedades do material. Uma dessas propriedades é espessamento de cisalhamento, que é facilmente visto em uma suspensão de amido de milho na água. Quando o fluido é mexido fracamente, ele se sente como um líquido normal, mas quando agitado com mais força ele se sente dramaticamente mais espesso e pode até mesmo quebrar como um sólido em altas tensões. Quando a agitação pára, o fluido torna-se fino e líquido de novo. Este comportamento incomum ocorre geralmente em suspensões simples de partículas duras densamente embaladas sem qualquer interação especial, e tem sido conhecido por décadas. Uma de nossas principais contribuições foi desenvolver e testar um modelo que explica as escalas de estresse observadas nas medições de espessamento do cisalhamento. Nós mostramos que quando essas suspensões densas dilatam sob o cisalhamento e empurram contra um limite de confinamento, o limite responde com uma força restauradora que é transmitida entre partículas ao longo de contatos de fricção levando ao aumento do estresse de cisalhamento . A tensão de confinamento é geralmente devido à tensão superficial na interface líquido-ar, e nós confirmamos que as medições de estresse são acopladas a dilatação intermitente da superfície . O início do regime de espessamento do cisalhamento é geralmente definido por uma escala de estresse correspondente a interações de partículas que impedem o cisalhamento e dilatação, se essas interações vêm de um potencial eletrostático, campos elétricos e magnéticos induzidos, gravidade, ou outras forças .identificámos várias ligações entre o espessamento do cisalhamento e a transição de empastelamento, onde as partículas são embaladas com força suficiente para formar uma estrutura rígida. Descobrimos que a força do espessamento do cisalhamento é controlada por uma fração de embalagem crítica t que coincide com o ponto de empastelamento de tal forma que a força do espessamento do cisalhamento fica mais forte e diverge nesta fração de embalagem crítica . Em colaboração com Joe DeSimone do grupo na Universidade da Carolina do Norte e Liquidia Tecnologias que pode fabricar partículas de diferentes formas, temos sido capazes de mostrar que o confinamento da haste em forma de suspensões de algumas camadas resulta em uma ordenado estado e elimina shear thickening, em contraste com a forte transtorno de cisalhamento espessamento na interferência ponto . Uma vez que mesmo pequenos erros na fração de embalagem levam a grandes incertezas perto de um ponto crítico, desenvolvemos uma técnica para resolver melhor os dados perto do ponto crítico, usando a taxa de cisalhamento crítico como uma referência em vez de fração de embalagem .

para uma visão geral da pesquisa em espessamento de cisalhamento em estado estacionário, veja minha revisão , um vídeo Abstrato, e comentários curtos . uma das propriedades mais dramáticas dos fluidos espessantes do cisalhamento é a sua forte resposta ao impacto. Um exemplo disso pode ser visto na habilidade de uma pessoa correr na superfície do fluido. A compreensão deste fenómeno pode permitir-nos tirar partido do impacto único e impressionante que resistem às propriedades dos fluidos espessantes do cisalhamento. Usando experimentos de impacto controlados, observamos que uma região de tipo sólido transitoriamente encravada propaga-se na frente de um impacto que é mais rápido do que uma velocidade crítica. Se a frente desta região encravada atinge um limite sólido, então uma região de tipo sólido percorre o sistema e pode suportar uma carga como um sólido . Esta estrutura é forte o suficiente para explicar a capacidade de uma pessoa para andar ou correr na superfície de amido de milho e água . Nosso trabalho recente em colaboração com o grupo de Marcelo Kallmann na Universidade da Califórnia, Merced mostra que este e outros fenômenos há muito associados com espessamento de cisalhamento podem ser simulados com modelos que não incluem espessamento de cisalhamento diretamente na relação entre estresse de cisalhamento e taxa de cisalhamento — ao contrário, esses fenômenos podem ser mais apropriadamente atribuídos à histerese na reologia. Desenvolvemos um modelo de baixa dimensão no qual a histerese vem de uma combinação do tempo que leva para uma região transiente encravada propagar-se através do sistema e um tempo de relaxamento, em combinação com uma rigidez sólida do fluido . Nosso primeiro medições de um tempo de relaxamento revelam que, enquanto a baixa embalagem frações pode ser determinado pelo estado constante de viscosidade da suspensão, em alta de embalagem frações permanece na ordem de segundos, em contraste com as expectativas de que o tempo de relaxamento vai a zero no limite da interferência de transição com base no comportamento do estado estacionário viscosidade . financiamento: NSF DMR 1410157 (CMP)