Ingenieurs van Brown University hebben de hoeveelheid compressie in kaart gebracht die nodig is om rimpels te veroorzaken, vouwen, en plooien om te vormen in rubberachtige materialen. De bevindingen kunnen ingenieurs helpen de vorming van deze structuren te beheersen, die nuttig kunnen zijn bij het ontwerpen van nanogestructureerde materialen voor flexibele elektronische apparaten of oppervlakken die variabele hechting vereisen.

"Wanneer een rubberachtig materiaal wordt samengedrukt en een kritische belasting bereikt, het ervaart instabiliteit en vormt oppervlaktepatronen zoals rimpels, vouwen, of vouwen, " zei Mazen Diab, een postdoctoraal onderzoeker in Brown's School of Engineering en de eerste auteur van het artikel. "We bestuderen hoe elk van die staten zich vormt."

Hoewel de meesten van ons de termen rimpel gebruiken, vouw, en vouw bijna uitwisselbaar, ingenieurs herkennen verschillende eigenschappen in elk van die staten. Zoals gedefinieerd door de Brown-onderzoekers, de rimpeltoestand is wanneer zich pieken en dalen beginnen te vormen op het oppervlak, als golven op de oceaan. De vouwtoestand is wanneer een duidelijk scherpe groef op het oppervlak wordt gevormd. Er ontstaat een plooi wanneer de gebieden aan weerszijden van de rimpelgoot elkaar raken, holle kanalen vormen onder het oppervlaktevlak van het materiaal.

De onderzoekers verwijzen naar deze staten samen als 'ruga'-staten, een term afkomstig uit het Latijn en vaak gebruikt in de anatomie om rimpelvormingen in het lichaam te beschrijven, zoals op de maag of het gehemelte.

Elke staat van ruga kan verschillende implicaties hebben in een ontwerpomgeving. In een flexibele printplaat, bijvoorbeeld, rimpels kunnen acceptabel zijn, maar vouwen of vouwen kunnen kortsluiting veroorzaken. Ingenieurs kunnen vouwen of vouwen gebruiken om de kleefeigenschappen van een oppervlak te controleren. Deze structuren kunnen het gebied van een kleverig oppervlak in troggen verbergen, waardoor het minder snel plakt. Door het oppervlak uit te rekken, komt de plakkerigheid terug. Vouwen kunnen nuttig zijn bij het vangen van grote moleculen of nanodeeltjes en bij het transporteren van vloeistoffen.

Het idee achter dit laatste onderzoek is om te begrijpen op welke punten elke rugastaat zich vormt, ingenieurs helpen om ze beter te gebruiken. Om dat te doen, de onderzoekers gebruikten een wiskundig model dat de vervormingseigenschappen simuleert van een gelaagd rubberachtig materiaal waarvan de elastische eigenschap varieert met de diepte vanaf het oppervlak. Het resultaat was een fasediagram dat de precieze hoeveelheden compressie aangeeft die nodig zijn om elke ruga-toestand te vormen.

Het diagram identificeert twee vouwtoestanden, samen met een kreukeltoestand en een vouwtoestand. Een terugslagplooi treedt op wanneer een rimpel zich ontwikkelt tot een plooi onder extra belasting. Een onmiddellijke vouw ontstaat wanneer de initiële belasting voldoende is om de rimpelfase over te slaan.

"Het fasediagram toont de compressieve spanning die nodig is om al deze ruga-toestanden te vormen en toont de overgangen van de ene toestand naar de andere, " zei Diab, die werkt in het lab van professor Kyung-Suk Kim in Brown's School of Engineering. "Ingenieurs kunnen het als richtlijn gebruiken om de gewenste vormen in verschillende lengteschalen te krijgen."

Voorbij materiaalwetenschap, Kim zegt dat het werk wetenschappers zal helpen "natuurlijke processen te doorgronden die op grote schaal worden waargenomen, van bergplooien tot huidplooien en plooien van micro-organen in de biologie."

Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings van de Royal Society A .