Sifat fase padat mengungkapkan ketika cairan stres kinerja mulai mengalir

Memukul di bagian bawah botol kaca kecap adalah salah satu ketidaknyamanan kecil kehidupan. Mendapatkan campuran manis dan merah dari fase padatnya menjadi terlalu lama ketika Anda lapar dan bahkan mungkin memerlukan strategi yang berantakan dengan pisau mentega.

Sekarang, tim ilmuwan telah menunjukkan bahwa menentukan titik di mana transisi padat ke cairan dapat diprediksi dari sifat -sifat dari fase padat hanya. Investigasinya telah diterbitkan di dalam Surat revisi fisik.

Pekerjaan baru ini berfokus pada kinerja, sebuah fenomena di mana bahan padat mulai berperilaku seperti cairan. “Perilaku ini terus-menerus terjadi di sekitar kita, dari makanan penutup seperti custard yang mengalir dengan lembut ke sendok mereka ke produk perawatan pribadi seperti pasta gigi yang mudah diperas dari tabung tetapi mempertahankan bentuknya di sikat gigi mereka,” kata Ryan-SKUTVIK dari Rhode Island University di Amerika Serikat.

Zat -zat ini mengalami perubahan ketika stres yang cukup diinduksi; Titik pertukaran disebut “transisi kinerja”, dan zat itu disebut “cairan stres kinerja.”

“Tapi itu juga terjadi dalam aplikasi yang lebih kompleks untuk mengendalikan bagaimana jaringan tumbuh dengan mengakomodasi Pertumbuhan sel dan pencetakan 3D, di mana cairan harus mengalir melalui nozzle dan kemudian mengeras ketika berakhir, “Polying-Skutvik berlanjut.

“Meskipun kami berkomitmen pada fenomena ini setiap hari, para ilmuwan telah berjuang untuk menghubungkan fenomena kinerja dengan sifat material selama lebih dari seabad. Pekerjaan kami menunjukkan bahwa transisi ini, setidaknya sebagian, dapat dipahami sebagai padatan yang merupakan bahan istirahat. “

Cairan stres kinerja (YSF) sering memiliki respons kompleks dan non -linier terhadap stres. Di bawah transisi kinerja, mereka berubah bentuk dengan cara yang dapat dipulihkan, sebagai viskoelastik yang solid, tetapi di atasnya transisi itu pasti dan tidak dapat dipulihkan.

Meskipun studi pertama “aliran plastik” seperti itu Itu diterbitkan 111 tahun yang lalu, mekanisme perubahan fisik yang tepat sejauh ini telah dipahami sedikit, sebagian karena mendefinisikan dan mengidentifikasi kinerja belum diselesaikan, dengan banyak protokol. Tetapi protokol yang biasa digunakan untuk mengidentifikasi kinerja adalah “geser osilasi amplitudo yang hebat”, di mana ketegangan dan strain sinusoidal berlaku untuk material untuk amplitudo variabel.

Bahan tersebut memiliki respons berkala dalam dua cara penting: “modul penyimpanan”, sebanding dengan energi rata -rata yang disimpan oleh siklus dan “modul kerugian”, sebanding dengan energi rata -rata yang dihamburkan oleh siklus karena gesekan internal.

Di banyak YSFS, ada amplop dalam modul kerugian ke amplitudo besar, dan mengatakan non -linier menandai transisi kinerja karena ketegangan yang tidak dapat dipulihkan. Pada saat itu, modul kerugian maksimal.

Polling-Skutvik dan timnya digunakan untuk pertama kalinya gel YSF yang terbuat dari polimer yang didistribusikan dalam campuran air dan alkohol decanol. Kepadatannya tergantung pada konsentrasi polimer, yang diubah selama pengukuran.

Peralatan eksperimentalnya terdiri dari dua pelat paralel, dan gel mengguncang di antara mereka memutar salah satu pelat pada frekuensi dan amplitudo yang berbeda sampai mereka menginduksi transisi kinerja.

Saat mengukur gaya yang diterapkan pada gel (stres) dan deformasinya (deformasi), mereka dapat menghitung modul penyimpanan dan kerugian. Modul memiliki unit tekanan, kekuatan per unit area, tetapi hubungan mereka, yang disebut “kehilangan kerugian”, adalah angka murni tanpa dimensi; Ini mencerminkan sejauh mana zat ini bekerja sebagai padatan untuk cara kerjanya sebagai cairan.

Mereka juga melakukan pengukuran yang sama untuk YSF lainnya, seperti emulsi yang terhubung dengan polimer (contohnya adalah mayones yang distabilkan dengan polimer seperti permen karet xanthan), gel koloid seperti gelatin dan jaringan fibrillary, seperti matriks ekstraseluler pada jaringan hewan.

Ketika menggambar dan menganalisis ketinggian modul kehilangan pada kelebihan berat badan versus garis singgung kehilangan, mereka memperhatikan bahwa ia memiliki fitur umum untuk banyak YSF: Superimpulse tergantung pada hilangnya cara yang sama untuk cairan semua komposisi YSF yang terbukti.

Ini mengejutkan, kata mereka, karena garis singgung kehilangan ditentukan ketika zatnya padat, sedangkan superimpuls terjadi dalam transisi kinerja ke cairan.

Dengan pengetahuan baru ini, grup, dengan penulis utama Daniel P. Keane, juga dari University of Rhode Island, memodelkan fisika secara analitik menggunakan model yang dikembangkan hanya beberapa tahun yang lalu, yang disebut The Call Model KDRyang dapat secara akurat memodelkan banyak karakteristik transisi kinerja.

Mereka mampu menunjukkan, baik secara numerik dan menyelesaikan model yang kira -kira, bahwa ketinggian transisi universal tergantung pada loss singgung telah dijelaskan dengan baik oleh model KDR.

Polling-Skutvik mengatakan: “Hasil kami dapat membantu menyederhanakan desain bahan baru untuk fokus pada properti istirahat mereka alih-alih secara langsung menjawab pertanyaan yang paling rumit tentang transisi kinerja itu sendiri.”

Karyanya memiliki aplikasi untuk banyak zat dalam ilmu makanan dan produksi industri, dari pasta gigi hingga lumpur koloid yang digunakan dalam pembuatan baterai.

© 2025 Science X Network