«Это явление появляется во всех приостановках с высокой плотностью частицы, таких как цемент», говорит Лусио Иза, профессор Интерфейсов, Мягкого вопроса и Ассамблеи в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. Если цемент будет накачан через трубу на стройплощадке слишком быстро, труба засорится.Более высокое трение из-за грубых поверхностей
Это происходит частично из-за поверхностных особенностей твердых частиц в приостановке. «Если сила внезапно применена, твердые частицы неспособны переместиться из пути достаточно быстро. Вместо этого они входят в контакт, трущийся об и блокирующий друг друга», Объясняет Иза.
Чем более грубый поверхность частицы, тем выше трение.Исследователи используют эти свойства управлять внезапным увеличением вязкости в плотной приостановке целенаправленным способом.
Вместо кукурузного крахмала Иза и его коллеги «играли» с однородными, частицами силиката размера микрометра с грубой поверхностью. Частицы похожи на крошечную малину и уже использовались исследователями в более ранних исследованиях (см. Новости ETH 14 июня 2017). Сюй цзяо-Peng, докторант, работающий при Изе и преподавателе ETH Николасе Спенсере, разработал метод, который позволяет ему быстро производить библиотеку этих частиц, имеющих форму малины с различной поверхностной грубостью.
Более высокая вязкость несмотря на меньшее количество частицИсследователи использовали эти частицы, чтобы создать приостановки, которые они могли проверить на внезапные увеличения вязкости под напряжением. Результаты показали это, чем более грубый частицы, тем меньше должны были быть добавлены к приостановке, чтобы достигнуть внезапного отвердевания.
Напротив, если бы гладкие частицы использовались, большая сумма должна была быть добавлена к приостановке, прежде чем исследователи смогли наблюдать внезапное утолщение.Исследователи показали, что использование грубых частиц могло спасти материал: их часть суммарного объема в приостановке может быть существенно ниже в порядке, чтобы произвести тот же самый эффект.
Когда исследователи смешались грубо и гладкие частицы в единственной приостановке, отвердевание также произошло ранее, чем в приостановках с исключительно гладкими частицами. Исследователи ETH обнаружили, что всего 6 процентов гладких частиц в смеси было достаточно, чтобы уменьшить увеличение вязкости значительно. «Это похоже на спутывание шарикоподшипников и зубчатых колес», говорит Иза. «Зубчатые колеса соединяют относительно легко, чтобы создать устойчивую цепь, но шарикоподшипники легко ломают те цепи и позволяют поток».
Рост «малины» на консоляхЧтобы исследовать разногласия между отдельными частицами, Сюй и его коллега Шивэпрэкэш Рамакришна приложили единственную, частицу полумикрометра на консоли атомного микроскопа силы. Исследователи тогда переместили частицу через различные грубые образцовые поверхности, переместив консоль несколько сотен нанометров, измеряя угол наклона.
Чем более сильный трение, тем больше угол. «Работа с этим видом частицы на консоли была чрезвычайно трудной, так как размеры невероятно небольшие», подчеркивает Сюй. «Мы были первой группой, которая достигнет этого».Применения в бронежилетахБудут ли результаты интегрированы в реальные заявления, еще неизвестно.
Исследование – прежде всего, чистое исследование. «Наша цель состояла в том, чтобы исследовать пути, которыми мы можем изменить нано и микроструктуры, чтобы влиять на существенное поведение на макроскопическом уровне, и мы добились успеха», говорит Иза. Результаты могли использоваться в повседневных заявлениях, таких как цемент. «Регулируя поверхности гранул и смешивая их в цемент похожим способом к нашему эксперименту, можно было оптимизировать особенности потока цемента».
Но вязкие приостановки с резкими свойствами отвердевания также используются для других целей; например, американский производитель использует вязкие приостановки, чтобы разработать пулю и защищенные от удара жилеты безопасности. «Наше исследование может помочь улучшить эти виды заявлений», говорит Иза.