Los ingenieros de la Universidad de Brown han trazado las cantidades de compresión necesarias para causar arrugas, pliegues y se pliega para formar materiales gomosos. Los hallazgos podrían ayudar a los ingenieros a controlar la formación de estas estructuras, que puede ser útil en el diseño de materiales nanoestructurados para superficies o dispositivos electrónicos flexibles que requieren una adhesión variable.

"Cuando un material gomoso se comprime y alcanza una carga crítica, experimenta inestabilidad y forma patrones superficiales como arrugas, pliegues o pliegues, "dijo Mazen Diab, investigador postdoctoral en la Escuela de Ingeniería de Brown y primer autor del artículo. "Estamos estudiando cómo se forma cada uno de esos estados".

Si bien la mayoría de nosotros podríamos usar los términos arruga, pliegue, y se pliegan casi indistintamente, los ingenieros reconocen propiedades distintas en cada uno de esos estados. Según lo definido por los investigadores de Brown, el estado de arrugas es cuando los picos y valles comienzan a formarse en la superficie, como olas en el océano. El estado de pliegue es cuando se forma una ranura claramente afilada en la superficie. Un pliegue ocurre cuando las áreas a ambos lados del canal de arrugas comienzan a tocarse, formando canales huecos debajo del plano de la superficie del material.

Los investigadores se refieren a estos estados colectivamente como estados "ruga", un término originario del latín y que se usa a menudo en anatomía para describir formaciones de arrugas en el cuerpo, como en el estómago o el paladar.

Cada estado de ruga podría tener diferentes implicaciones en un entorno de diseño. En una placa de circuito flexible, por ejemplo, las arrugas pueden ser aceptables, pero las arrugas o pliegues pueden causar cortocircuitos. Los ingenieros pueden usar pliegues o pliegues para controlar las propiedades adhesivas de una superficie. Estas estructuras pueden ocultar el área de una superficie pegajosa en comederos, por lo que es menos probable que se pegue. Estirar la superficie devuelve la pegajosidad. Los pliegues podrían ser útiles para atrapar moléculas grandes o nanopartículas y para transportar fluidos.

La idea detrás de esta última investigación es comprender en qué puntos se forma cada estado ruga, ayudando a los ingenieros a utilizarlos mejor. Para hacer eso, los investigadores utilizaron un modelo matemático que simula las características de deformación de un material gomoso en capas con su propiedad elástica que varía con la profundidad de la superficie. El resultado fue un diagrama de fase que señala las cantidades precisas de compresión necesarias para formar cada estado de ruga.

El diagrama identifica dos estados de pliegue junto con un estado de pliegue y un estado de pliegue. Un pliegue de retroceso ocurre cuando una arruga progresa a un pliegue bajo tensión adicional. Un pliegue instantáneo ocurre cuando la tensión inicial es suficiente para omitir la fase de arrugas.

"El diagrama de fase muestra la tensión de compresión necesaria para formar todos estos estados ruga y muestra las transiciones de un estado a otro, "dijo Diab, que trabaja en el laboratorio del profesor Kyung-Suk Kim en la Escuela de Ingeniería de Brown. "Los ingenieros pueden usarlo como guía para obtener las formas que desean en diferentes escalas de longitud".

Más allá de la ciencia de los materiales, Kim dice que el trabajo ayudará a los científicos "a comprender los procesos naturales observados en amplias escalas, desde los pliegues de las montañas hasta los pliegues de la piel y los pliegues de los micro órganos en biología".

La investigación se publica en Actas de la Royal Society A .