Toen ze kolommen maakten met verschillende hoeveelheden kleverige korrels, ontdekten ze dat de sterkte van de kolom, gekenmerkt door de mate waarin ze vervormen als ze onder belasting worden geplaatst, een karakteristieke stapsgewijze verandering vertoont.

Wanneer het aandeel kleverig zand 60% bereikt, springt de sterkte plotseling naar een hogere waarde. Meer plakkerig zand leidt niet tot verdere stijging.

Via computersimulaties van een vergelijkbare opstelling ontdekten ze dat dit precies het moment was waarop kleverige korrels een stijf netwerk vormden dat zich door het monster uitstrekte. Dit moet worden onderscheiden van kleverige korrels die eenvoudigweg door het monster heen verbonden zijn; lijnen van kleverige korrels kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk vervormen als de uiteinden tegen elkaar worden gedrukt. Alleen als er voldoende verbindingen tussen de korrels zijn, kunnen de kleverige korrels een gewicht dragen.

In tegenstelling tot typische sterke materialen vertonen deze gedeeltelijk kleverige kolommen echter uniek gedrag wanneer ze aan grotere belastingen worden blootgesteld. Terwijl de kolom vervormt, barsten de kolommen niet; in plaats daarvan veranderen ze van vorm:de verbindingen tussen kleverige korrels worden niet simpelweg vernietigd, maar kunnen zich herschikken en hervormen. Dit maakt de kolommen niet alleen sterk, maar ook stoer.

Het team merkt op dat, aangezien meer dan 60% van de kleverige korrels de sterkte niet verandert, de overige 40% eenvoudig kan worden vervangen door een ander materiaal, bijvoorbeeld iets met antibacteriële eigenschappen. Deze contra-intuïtieve ontwerpeigenschap maakt de weg vrij voor composietmaterialen die niet alleen sterker en steviger zijn, maar ook functioneel.

Meer informatie: Honoka Fujio et al, Gelachtige mechanismen van duurzaamheid en vervormbaarheid in natte korrelige systemen, Communicatiefysica (2024). DOI:10.1038/s42005-023-01518-0

Journaalinformatie: Communicatiefysica

Aangeboden door Tokyo Metropolitan University