Hoe blijft tandpasta in de tube en sijpelt er niet uit als we de dop verwijderen? Wat zorgt ervoor dat schijnbaar vaste grond plotseling vrijkomt in een aardverschuiving? Precies definiëren hoe zachte materialen vloeien en grijpen, is onderzoekers jarenlang ontgaan, maar een nieuwe studie verklaart deze complexe beweging met behulp van relatief eenvoudige experimenten. Mensen die met alles te maken hebben, van smeerkaas tot lawines, zullen profiteren van het vermogen om een ​​zachte materiaalstroom te definiëren en uiteindelijk te voorspellen.

De studie, die werd uitgevoerd aan de Universiteit van Illinois, Urbana-Champagne, wordt gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science .

"We ontdekken dat de stroom van zacht materiaal meer een geleidelijke overgang is dan de abrupte verandering die de huidige modellen suggereren, " zei professor in de chemische en biomoleculaire engineering Simon Rogers, die de studie leidde en een filiaal is van het Beckman Institute for Advanced Science and Technology aan de U. of I.

Het team ontwikkelde een nieuw testprotocol waarmee onderzoekers het individuele vaste en vloeibare gedrag van deze materialen afzonderlijk kunnen meten - iets wat nog nooit eerder is gedaan. zei Gavin Donley, een afgestudeerde student en hoofdauteur van de studie.

In het labortorium, het team onderwierp een verscheidenheid aan verschillende zachte materialen - een polymeer microgel, xanthaangom, een glasachtig materiaal en een gevulde polymeeroplossing om de schuifspanning te meten en de individuele vaste en vloeistofachtige rekreacties te meten met behulp van een apparaat dat een rheometer wordt genoemd.

"Onze experimenten laten ons een veel gedetailleerder en genuanceerder beeld zien van zachte materiaalstroom, " zei Donley. "We zien een continue overgang tussen de vaste en vloeibare toestand, wat ons vertelt dat de traditionele modellen die een abrupte gedragsverandering beschrijven, te eenvoudig zijn. In plaats daarvan, we zien twee verschillende gedragingen die energiedissipatie weerspiegelen via vaste en vloeibare mechanismen."

Het directe doel van het team is om deze experimentele observatie om te zetten in een theoretisch model dat de beweging van zacht materiaal voorspelt. zei Rogers.

"De bestaande modellen zijn onvoldoende om de verschijnselen te beschrijven die we hebben waargenomen, " zei hij. "Onze nieuwe experimenten zijn tijdrovender, maar ze geven ons opmerkelijke duidelijkheid en begrip van het proces. Dit stelt ons in staat om het onderzoek naar zachte materialen in een iets andere richting dan voorheen voort te stuwen. Het kan helpen het gedrag van nieuwe materialen te voorspellen, natuurlijk, maar ook helpen met civieltechnische uitdagingen zoals modderstromen, dambreuken en lawines."