Scheuren in de woestijnbodem lijken willekeurig voor het ongetrainde oog, zelfs zo mooi, maar de wiskunde die patronen van gedroogde klei bepaalt, blijkt voorspelbaar te zijn - en nuttig bij het ontwerpen van geavanceerde materialen.

In een paar nieuwe studies van Princeton University, onderzoekers ontdekten dat in een grote klasse van gewone materialen, inclusief klei en menselijke huid, individuele korrels van het materiaal krimpen als ze drogen. De hoeveelheid en snelheid van krimpbaarheid varieert met de fysieke eigenschappen van het materiaal. Door gebruik te maken van deze voorheen onbekende eigenschap, de onderzoekers kunnen voorspellen, en zelfs omgekeerd, na verloop van tijd scheuren.

"Het aanbrengen van materialen die zichzelf spontaan genezen, door gebruik te maken van krimpbaarheid, is iets waar ik erg enthousiast over ben, " zei Sujit Datta, assistent-professor chemische en biologische technologie aan de Princeton University en hoofdauteur van de onderzoeken.

In het eerste blad ( Zachte materie , DOI:10.1039/C9SM00731H), door de omstandigheden precies zo in evenwicht te brengen, de onderzoekers verfijnden een krimpbaar korrelig materiaal zodat het afwisselend in precieze clusters uit elkaar scheurde, helemaal niet gekraakt, of begon te barsten maar sloot weer.

Het tweede papier, uitgerekend 10 oktober in Fysieke beoordelingsbrieven , legt de algemene fysica uit die de krimpbaarheid beheerst - dat wil zeggen, hoe elke korrel individueel verandert als het interageert met het aggregaat, en hoe deze eigenschap van invloed is op de grootte van clusters die achterblijven nadat een korrelig materiaal is gebarsten. Bijna een eeuw werk op dit gebied had aangenomen dat alle korrels hun grootte behouden, het niet beschrijven van het krimpen van individuele korrels in dergelijke materialen. De onthulling heeft gevolgen voor alles, van biomedische behandelingen tot brandstofcellen tot de insluiting van giftig afval.