Untuk pertama kalinya, para ilmuwan material ETH mengukur gesekan bergulir dari partikel kecil berukuran mikrometer. Pengukuran ini memungkinkan mereka untuk lebih memahami produk sehari -hari seperti beton.
Lacquers, cat, beton-dan bahkan kecap atau jus jeruk: suspensi tersebar luas di industri dan kehidupan sehari-hari. Dengan suspensi, para ilmuwan bahan berarti cairan di mana partikel padat yang kecil dan tidak larut didistribusikan secara merata. Jika konsentrasi partikel dalam campuran seperti itu sangat tinggi, fenomena dapat diamati yang bertentangan dengan pemahaman kita sehari -hari tentang cairan. Misalnya, apa yang disebut cairan non-Newtonian ini tiba-tiba menjadi lebih kental ketika kekuatan yang kuat bertindak atas mereka. Untuk sesaat, cairan itu berperilaku seperti padatan.
Penebalan tiba -tiba ini disebabkan oleh partikel yang ada dalam suspensi. Jika suspensi dideformasi, partikel harus mengatur ulang diri mereka sendiri. Dari perspektif energi, lebih menguntungkan jika mereka saling melewati kapan pun memungkinkan. Hanya ketika ini tidak mungkin lagi, misalnya karena beberapa partikel menjadi macet, mereka harus meluncur relatif satu sama lain. Namun, geser membutuhkan lebih banyak kekuatan dan dengan demikian cairan terasa lebih kental secara makroskopis.
Interaksi yang terjadi pada skala mikroskopis kecil karena itu mempengaruhi seluruh sistem dan mereka menentukan bagaimana suspensi mengalir. Untuk mengoptimalkan suspensi dan secara khusus mempengaruhi karakteristik alirannya, oleh karena itu para ilmuwan harus memahami besarnya kekuatan gesekan antara partikel individu.
Apa yang diselidiki para ilmuwan?
Peneliti material ETH yang dipimpin oleh Lucio Isa, profesor antarmuka dan materi lunak, mengembangkan metode pengukuran kekuatan gesekan antara partikel individu yang hanya berdiameter beberapa mikrometer.
Para peneliti menggunakan mikroskop gaya atom yang disebut untuk pengukuran mereka. Kandidat doktoral Simon Scherrer pertama kali mengembangkan pemegang kecil mikroskopis, yang berfungsi untuk menangkap satu partikel bola tunggal. Kemudian mereka menggerakkan partikel “terperangkap” ini di atas permukaan datar dengan karakteristik yang sama dengan partikel, menggunakan mikroskop gaya atom. Dengan cara ini, para peneliti dapat meniru dua partikel yang bergerak melewati satu sama lain dan mengukur kekuatan kecil di antara permukaan.
Mengapa ini sangat penting?
Partikel -partikel yang diteliti kecil – hanya 12 mikrometer, yaitu 12 juta meter, berdiameter. Sungguh sulit untuk mengembangkan teknik pengukuran yang sesuai untuk mengukur gesekan bergulir yang terjadi pada partikel. Membuat pemegang yang cocok terbukti sangat menantang. “Saya harus mengembangkan 50 versi sampai saya menemukan satu yang memenuhi persyaratan”, Scherrer mengungkapkan.
Para peneliti membuat partikel yang berbeda untuk memahami bagaimana permukaan partikel kecil mempengaruhi perilaku suspensi. “Partikel -partikel dengan permukaan yang halus atau sangat licin hanya meluncur melewati satu sama lain terlepas dari seberapa kuat kita menekannya bersama -sama”, Scherrer menjelaskan.
Situasi dengan partikel kasar atau lengket sangat berbeda, karena partikel -partikel ini saling terlibat seperti roda gigi dan mereka berguling dengan sedikit resistensi. Terakhir, para peneliti memperbaiki partikel di pemegang untuk mengukur gesekan geser mereka. Gesekan ini berkali -kali lebih tinggi dari gesekan bergulir dan menjelaskan penebalan dramatis suspensi.
Tujuan apa yang dilayani ini?
Para peneliti dapat memperoleh koefisien untuk gesekan bergulir dan geser dari masing -masing partikel langsung dari pengukurannya. Angka -angka ini dapat digunakan dalam model komputer untuk mensimulasikan suspensi dengan sebagian besar partikel, misalnya, dan dengan demikian untuk menentukan karakteristik aliran yang optimal. Wawasan ini tentang mekanisme mikroskopis yang merupakan akar penyebab penebalan membuka pendekatan baru untuk mengoptimalkan suspensi untuk aplikasi dalam industri, konstruksi atau kehidupan sehari -hari.
Antara lain, penerima mungkin termasuk industri konkret atau produsen mikroelektronika. Yang terakhir sudah menggunakan suspensi padat dengan partikel logam, konduktif untuk menyolder komponen ke papan sirkuit. Pasta solder ditekan melalui nozel sempit. Jika tekanannya terlalu besar, pasta tiba -tiba dapat menebal dan menyumbat nosel.
“Untuk mencegah perilaku ini dan mengoptimalkan suspensi seperti itu, kita harus tahu persis bagaimana partikel berperilaku pada mikro dan kekuatan apa yang terjadi dalam prosesnya”, kata ISA.
Referensi
Scherrer S, Ramakrishna SN, Niggel V, Hsu CP, Style RW, Spencer ND, Isa, L. Mengkarakterisasi kontak geser dan gulungan antara partikel tunggal, PNAS 6 Maret 2025122 (10) E2411414122 DOI: 10.1073/pNAS.24114141422
