Swansea University-onderzoekers van het College of Engineering hebben de momenten vastgelegd waarop een vloeistof reageert als een vaste stof door middel van een nieuwe methode van vloeistofobservatie onder omstandigheden onder druk.

Het onderzoek komt van het Complex Flow Lab, gevestigd binnen het Instituut voor Innovatieve Materialen, Verwerking en numerieke technologieën (IMPACT). Het lab bestudeert de ingewikkelde stromingspatronen die zich vaak ontwikkelen in korrelige materialen, poreuze media, en complexe vloeistoffen zoals schuim, gels en pasta's.

Deze laatste studie kijkt naar vloeistoffen die een solide-achtige reactie op stress hebben, een fenomeen dat Discontinuous Shear Thickening (DST) wordt genoemd. Dit is wanneer vloeistof (in dit geval een mengsel van maïszetmeel) wordt abrupt dikker en wordt vast wanneer het wordt verstoord.

De tests betroffen een nieuwe observatiemethode met een hogesnelheidscamera met resultaten die een innovatieve benadering bieden voor toekomstige engineeringpraktijken.

Onderzoeksauteur Dr. Deren Ozturk, die onlangs zijn Ph.D. in dit gebied, opmerkingen:

"Onze bevindingen zijn van bijzonder belang voor het snelgroeiende DST-onderzoeksgebied, omdat het een nieuwe visuele indicatie is van DST-gedrag die kan worden gebruikt om toekomstige theoretische modellen te kalibreren. Het DST-fenomeen wordt onderzocht voor unieke technische toepassingen zoals zachte kogelvrije vesten, "slimme" verkeersdrempels, en voedselproductie.

Het onderzoeksteam gebruikte gewone keukenmaïszetmeel gemengd met water. Deze wordt dan in een smalle cel geplaatst; lucht onder druk komt vrij in de maïszetmeel-watervloeistof en baant zich een weg door.

Hoe de lucht ontsnapt, wordt gefilmd met behulp van een hogesnelheidscamera om invasiepatronen te visualiseren - die zich ofwel voordoen als vloeistofachtige vingers of vaste breuken, afhankelijk van de concentratie van maïszetmeel en de druk in de lucht."

Dr. Ozturk vervolgt:

"We gebruikten maïszetmeel (als een modelsysteem voor de bredere klasse van afschuifverdikkingsmaterialen) omdat het handig is, algemeen verkrijgbaar en vertoont een dramatische afschuifverdikkingsreactie. Omdat dit soort invasie-experimenten (waar we veel ervaring mee hebben) nog niet eerder waren uitgevoerd op een DST-vloeistof, ons belangrijkste doel was om ze gewoon te proberen in de hoop iets interessants te zien.

Onze hoofdhypothese was dat de vloeistof zou "breken" als een vaste stof als er voldoende spanning op werd uitgeoefend. Dit zou geweldig zijn om te zien, aangezien een vloeistof brede vingerpatronen zou moeten vertonen. We waren, daarom, verheugd om een ​​smalle breukrespons te zien, omdat dit betekende dat we een nieuw soort experiment hadden ontwikkeld om de omstandigheden te onderzoeken waarvoor DST wordt waargenomen."

Co-auteur Dr. Bjornar Sandnes, hoofd van het Complex Flow Lab, opmerkingen:

"Wat vooral interessant is aan het hier bestudeerde maïszetmeel, is dat wrijving als een schakelaar kan worden in- of uitgeschakeld.

Wanneer slechts zachtjes gestoord, de korrels stoten elkaar af en omdat ze niet in contact zijn is er geen wrijving en stroomt het materiaal als een vloeistof.

Stoor het echter krachtiger, en de korrels worden in contact geduwd zodat wrijving de korrels verhindert vrij glijden. Het materiaal gedraagt ​​zich dan meer als een vaste stof, en dat is wanneer we breuken waarnemen in onze experimenten."

De krant is gepubliceerd in Communicatie Fysica .