Исследование «Использование акустических возмущений для динамической регулировки утолщения при сдвиге в коллоидных суспензиях» было опубликовано в сентябре. 17 в письмах физического обзора.
Загустители при сдвиге – это класс материалов, которые текут как жидкость, но затвердевают при быстром сжатии или разрезании, например, зыбучие пески и Oobleck, детская игровая слизь. Технические области применения материалов варьируются от мягких бронежилетов и костюмов космонавтов до 3D-печати металлов и керамики.
Но процесс утолщения при сдвиге может быть несовместимым: чем больше вы манипулируете материалом, тем больше он затвердевает, что в случае 3D-печати и производства бетона может привести к забиванию сопел и заклиниванию бункеров.
Итай Коэн, профессор и соавтор статьи, ранее находил способ манипулировать – или «настраивать» – материал, разрушая жесткие структуры или силовые цепи, образованные частицами в этих суспензиях, посредством перпендикулярных колебаний. Но этот метод оказался непрактичным. Ведь непросто встряхнуть и перекрутить заводскую трубу.
Коэн и Ф.D. студентка Мира Рамасвами была партнером Брайана Кирби, профессора инженерных наук и доктора философии.D. студент Пратик Сегал, который использовал акустические преобразователи для управления микро- и наноразмерными частицами в лаборатории Кирби.
Сегал разработал простое, но эффективное устройство, которое состоит из нижней пластины с акустическим преобразователем, называемым пьезо, который генерирует ультразвуковые волны.
"Когда вы возбуждаете этот пьезоэлектрический датчик на определенной частоте и при определенном напряжении, он излучает акустические волны через нижнюю пластину на подвеску. Эти акустические возмущения разрывают силовые цепи, ответственные за утолщение сдвига », – сказал Сегал, соавтор статьи с Рамасвами.
«Нарушения, которые вы вызываете, на самом деле очень, очень крошечные, поэтому не нужно много времени, чтобы сломать силы контакта между микрочастицами», – сказал Коэн. "Это ключевая идея, которая позволила нам подумать о применении такого рода возмущений и о том, как заставить их работать. По сути, любая геометрия, в которой у вас есть утолщенный поток, теперь вы можете просто надеть пьезоэлемент и уменьшить толщину этой области.
Эта стратегия просто открывает возможность применения для гораздо более широкого круга приложений."
Исследователи разработали подход, манипулируя частицами в веществах размером до 1.Толщиной 3 мм, но поскольку ультразвуковые волны могут распространяться в материале на большие расстояния, Кирби предполагает, что его можно будет использовать на трубах шириной до фута. Возможные области применения включают переработку пищевых продуктов, особенно материалов, содержащих суспензии твердых частиц, таких как пасты, производство бетона, а также 3D-печать керамики и металлов.
Использование акустической энергии также является ценным научным инструментом для исследователей, изучающих поведение материала при утолщении и динамику системы. Как правило, чтобы изучить загущение, нужно начать с расслабленной суспензии и наращивать потоки. Однако этот процесс может занять много времени.
Исследование поддержано Национальным научным фондом.