Los materiales líquidos notables llamados coloides se endurecen bajo el impacto. Investigadores financiados por la Swiss National Science Foundation han estudiado el efecto de impactos poderosos como los producidos por armas de fuego o micrometeoritos.

A primera vista, los coloides se asemejan a líquidos homogéneos como la leche o el plasma sanguíneo. Pero en realidad están formados por partículas en suspensión. Algunos coloides tienen propiedades notables:pueden endurecerse después de un impacto y absorber los golpes de la superficie. Esta propiedad es de interés para muchas aplicaciones, desde chalecos antibalas hasta escudos protectores para satélites. Los investigadores financiados por la Swiss National Science Foundation (SNSF) encontraron que la forma en que funcionan estos coloides puede cambiar drásticamente en respuesta a impactos muy fuertes. Los científicos también han desarrollado un modelo que facilita la comprensión de estas propiedades. El trabajo ha sido publicado en la revista PNAS .

El profesor de SNSF Lucio Isa y su equipo en ETH Zurich crean los llamados cristales coloidales bidimensionales. Los cristales consisten en perlas de sílice de varias milésimas de milímetro de diámetro en una mezcla de agua y glicerina. En colaboración con Chiara Daraio de Caltech y Stéphane Job en el Institut supérieur de mécanique de Paris, los investigadores estudiaron cómo este tipo de material absorbe los golpes.

El equipo observó que cuando las partículas coloidales tienen un tamaño micrométrico, la fuerza y ​​la velocidad del impacto cambian la forma en que se absorben los golpes. Por debajo de un cierto umbral, la viscosidad del líquido es el factor determinante, y los modelos clásicos describen muy bien el fenómeno. "Tienes que imaginar estas diminutas perlas de vidrio en su líquido, "dice Isa." Durante un impacto, las perlas se mueven y dispersan el fluido a su alrededor, más o menos rápidamente dependiendo de su viscosidad. El movimiento del fluido es lo que hace que todo se ponga rígido ".

Cuando el impacto es particularmente intenso, el líquido ya no fluye entre las perlas, y se deforman. "En esta situación, las propiedades físicas de las perlas influyen fuertemente en la absorción de impactos, y las ecuaciones habituales ya no se aplican, "dice Isa.

Impacto de una bala

Para que las partículas tengan efecto, el impacto debe ser extremadamente intenso, como el provocado por un arma de fuego o micrometeoritos (objetos del tamaño de granos de arena capaces de impactar satélites a una velocidad de diez kilómetros por segundo).

"No fue fácil generar impactos de esta intensidad en el laboratorio, "explica Isa. Para hacerlo, los investigadores cubrieron un pequeño porcentaje de las perlas de sílice con oro. Cuando se expone a luz láser pulsada, el oro se evaporó, produciendo una poderosa onda de choque en el coloide comparable a la causada, decir, por el impacto de un micrometeorito.

Las cámaras de ultrarrápida velocidad registraron la acción a través de la lente de un microscopio.

"Los coloides que muestran estas propiedades son materiales realmente interesantes de estudiar, "dice Isa". Por ejemplo, incluso pueden utilizarse para el desarrollo futuro de escudos que protejan a los satélites contra impactos de micrometeoritos ".