Op het gebied van complexe vloeistoffen is het begrijpen van het ingewikkelde gedrag van materialen onder verschillende omstandigheden essentieel voor het bevorderen van vakgebieden variërend van materiaalkunde tot biotechnologie. Onder deze materialen hebben ringpolymeren, een klasse van circulaire macromoleculen, de aandacht getrokken vanwege hun unieke eigenschappen en potentiële toepassingen. Hun gedrag onder afschuiving, een fundamentele kracht die stroming en vervorming in materialen kan veroorzaken, blijft echter relatief onontgonnen.

Een recent onderzoek uitgevoerd door een team van onderzoekers heeft nieuw licht geworpen op de onverwachte bewegingspatronen van ringpolymeren onder afschuiving. Met behulp van de modernste simulatietechnieken onderzocht het team de dynamiek van ringpolymeren in een Couette-stroming, een soort schuifstroming waarbij twee parallelle platen met verschillende snelheden bewegen, waardoor een snelheidsgradiënt ontstaat.

Uit hun bevindingen bleek dat ringpolymeren verschillende bewegingspatronen vertonen, afhankelijk van hun grootte en de sterkte van de schuifkracht. Bij lage afschuifsnelheden gedragen kleine ringpolymeren zich op dezelfde manier als lineaire polymeren, waarbij ze zich uitlijnen met de stromingsrichting en periodiek tuimelen. Naarmate de afschuifsnelheid toeneemt, vindt er echter een opmerkelijke overgang plaats:polymeren met kleine ringen beginnen snel rond hun centrale as te draaien, vergelijkbaar met tollen.

Deze rotatiebeweging wordt aangedreven door de wisselwerking tussen de door afschuiving geïnduceerde stroming en de unieke structurele kenmerken van ringpolymeren. In tegenstelling tot lineaire polymeren hebben ringpolymeren geen ketenuiteinden en vertonen ze een gesloten conformatie die efficiënte energieoverdracht mogelijk maakt. De schuifkracht zorgt ervoor dat de ringpolymeren vervormen en roteren, wat leidt tot de waargenomen draaiende beweging.

Bovendien ontdekten de onderzoekers dat de rotatiedynamiek van ringpolymeren afhankelijk is van de grootte. Kleinere ringpolymeren roteren sneller dan hun grotere tegenhangers, wat een afhankelijkheid aantoont van de draaistraal van het polymeer. Dit grootteafhankelijke gedrag komt voort uit het samenspel van de door afschuiving geïnduceerde vloeisterkte en de rotatietraagheid van het polymeer.

De ontdekking van deze onverwachte bewegingspatronen van ringpolymeren onder afschuiving opent nieuwe wegen voor het verkennen van de rijke fysica van complexe vloeistoffen en het ontwerpen van materialen met op maat gemaakte eigenschappen. De draaiende beweging van ringpolymeren onder afschuiving kan gevolgen hebben voor verschillende toepassingen, zoals microfluïdische apparaten, polymeermengsels en systemen voor medicijnafgifte.

Door de ingewikkelde dynamiek van ringpolymeren te ontrafelen, draagt ​​deze studie bij aan het bredere begrip van complexe vloeistoffen en biedt het inzicht in de mogelijke toepassingen van deze materialen in diverse gebieden van wetenschap en technologie.