Por primera vez, Los investigadores han podido capturar imágenes que proporcionan detalles sin precedentes de cómo se comportan las partículas en una suspensión líquida cuando se produce el fenómeno conocido como engrosamiento por cizallamiento. El trabajo nos permite comprender directamente los procesos detrás del engrosamiento por cizallamiento, que anteriormente solo se había entendido en base a inferencia y modelado computacional.

El espesamiento por cizallamiento es un fenómeno que puede ocurrir cuando las partículas se suspenden en una solución de baja viscosidad. Si la concentración de partículas es lo suficientemente alta, luego, cuando se aplica tensión a la solución, se vuelve muy viscosa, comportándose efectivamente como un sólido. Cuando el estrés se elimina o se disipa, la suspensión vuelve a su viscosidad normal similar a un fluido. Este fenómeno se puede ver en videos populares de YouTube en los que las personas pueden toparse con una solución de almidón de maíz suspendido en agua, pero se hunden en la solución cuando se quedan quietas.

El engrosamiento por cizallamiento puede ser una desventaja o una ventaja, dependiendo del contexto.

Por ejemplo, en industrias que van desde el procesamiento de alimentos hasta la fabricación de productos farmacéuticos, Las empresas a menudo intentan bombear líquidos con altas concentraciones de partículas para hacer que los procesos de fabricación sean más eficientes y rentables. Y si esas empresas no tienen debidamente en cuenta el engrosamiento por cizallamiento, los líquidos que se bombean pueden atascarse u obstruirse, lo que les cuesta un tiempo valioso y daña potencialmente sus equipos.

Por otra parte, Las propiedades del espesamiento por cizallamiento también se pueden utilizar para desarrollar materiales absorbentes de fuerza para su uso en aplicaciones como armaduras corporales, o como mecanismo para controlar las características físicas de los dispositivos de robótica blanda.

Por estas razones, Los investigadores han pasado años tratando de comprender con precisión cómo y por qué ocurre el engrosamiento por cizallamiento. Sin embargo, los investigadores se han visto obligados a confiar en la experimentación indirecta, porque no pudieron capturar el comportamiento preciso de las partículas en solución cuando se produce el espesamiento por cizallamiento. Hasta ahora.

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad Northeastern utilizó un instrumento personalizado, llamado reómetro confocal, para capturar imágenes microscópicas de partículas en solución cuando fueron expuestas a estrés para desencadenar el engrosamiento por cizallamiento. Se utilizaron simulaciones por computadora para respaldar las observaciones experimentales.

"A medida que aumentaba el estrés, pudimos ver que se forman redes complejas entre partículas, "dice Lilian Hsiao, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State. "Y las formas de estas redes dependían de la forma y la rugosidad de las partículas. Específicamente, la forma en que se reorganizan las partículas vecinas cuando se aplica tensión determina la forma en que se espesan por cizallamiento.

"Comprender estas correlaciones entre la rugosidad de las partículas, partículas a gran escala, y el espesamiento por cizallamiento nos permiten predecir mejor el comportamiento de espesamiento por cizallamiento de las suspensiones ".

Específicamente, El equipo de investigación desarrolló una forma de predecir con mayor precisión cuánta tensión se puede aplicar a una concentración determinada de partículas antes de que una suspensión comience a experimentar un espesamiento por cizallamiento, así como también la viscosidad de la solución, basándose en la rugosidad de las partículas. La rugosidad de las partículas es importante porque sus interacciones superficiales dictan qué tan apretadas pueden empaquetarse las partículas, o "atascado, "en la suspensión antes de volverse efectivamente sólido.

"Para aplicaciones prácticas, las personas no necesitarán capturar sus propias imágenes microscópicas de lo que está sucediendo durante el proceso de engrosamiento por cizallamiento, "Dice Hsiao." Si conocen la rugosidad de las partículas que tienen en solución, podrán determinar qué concentraciones funcionarán para sus diversas aplicaciones ".

El papel, "La distancia de interferencia dicta el engrosamiento por cizallamiento coloidal, "se publica en Cartas de revisión física .