Los investigadores están utilizando ondas ultrasónicas para manipular la viscosidad de los materiales espesantes por cizallamiento, convertir los sólidos en aguanieve y viceversa.

El estudio, "Uso de perturbaciones acústicas para ajustar dinámicamente el engrosamiento por cizallamiento en suspensiones coloidales, "fue publicado el 17 de septiembre en Cartas de revisión física .

Los fluidos espesantes por cizallamiento son una clase de materiales que fluyen como un líquido pero que se solidifican cuando se aprietan o cortan rápidamente. como arenas movedizas y Oobleck, el limo del juego de los niños. Las aplicaciones técnicas para el material van desde armaduras corporales blandas y trajes de astronauta hasta metales y cerámicas de impresión 3D.

Pero el proceso de espesamiento por cizallamiento puede ser poco cooperativo:cuanto más manipule el material, cuanto más se solidifica, que en el caso de la impresión 3D y la fabricación de hormigón puede dar lugar a inyectores atascados y tolvas atascadas.

Itai Cohen, profesor y coautor principal del artículo, anteriormente encontró una manera de manipular —o "afinar" - el material rompiendo las estructuras rígidas o cadenas de fuerza formadas por las partículas en estas suspensiones a través de la oscilación perpendicular. Pero ese método resultó poco práctico. No es facil después de todo, para agitar y torcer una tubería de fábrica.

Cohen y Ph.D. la estudiante Meera Ramaswamy se asoció con Brian Kirby, profesor de ingenieria, y Ph.D. estudiante Prateek Sehgal, que han estado usando transductores acústicos para manipular partículas a micro y nanoescala en el laboratorio de Kirby.

Sehgal desarrolló un dispositivo simple pero efectivo que consiste en una placa inferior con un transductor acústico, llamado piezo, que genera ondas ultrasónicas.

"Cuando excitas ese piezo a una frecuencia y un voltaje específicos, emana las ondas acústicas a través de la placa inferior a la suspensión. Estas perturbaciones acústicas rompen las cadenas de fuerza responsables del engrosamiento por cizallamiento, "dijo Sehgal, coautor principal del artículo con Ramaswamy.

"Las alteraciones que estás provocando son en realidad muy pequeño por lo que no se necesita mucho para romper las fuerzas de contacto entre las micropartículas, ", Dijo Cohen." Esta es la información clave que nos permitió pensar en aplicar este tipo de perturbaciones y hacer que funcionen. Básicamente, cualquier geometría en la que tenga un flujo espesado, ahora puede simplemente colocar un piezo y des-espesar esa región. Esta estrategia simplemente abre la aplicabilidad a una gama mucho más amplia de aplicaciones ".

Los investigadores desarrollaron el enfoque manipulando partículas en sustancias de hasta 1,3 mm de espesor, pero debido a que las ondas de ultrasonido pueden propagarse a grandes distancias en el material, Kirby anticipa que se usará en tuberías de hasta un pie de ancho. Las aplicaciones potenciales incluyen el procesamiento de alimentos, particularmente para materiales que tienen suspensiones de partículas como pastas, la fabricación de hormigón, así como la impresión 3D de cerámica y metales.

El uso de energía acústica también es una valiosa herramienta científica para los investigadores que estudian el comportamiento de espesamiento de un material y la dinámica del sistema. Típicamente, estudiar engrosamiento, es necesario comenzar con una suspensión relajada y aumentar los flujos. Este proceso, sin embargo, puede llevar mucho tiempo.