Загляните внутрь колпачка вашей любимой зубной пасты, и вы можете увидеть твердый белый остаток, твердую версию гладкой пасты, которую вы выдавливаете на щетку.
Многие пастообразные материалы, также известные как плотные коллоидные суспензии, со временем затвердевают. Структурная динамика или изменения нагрузок, которым подвергаются материалы с течением времени, частично ответственны за эти изменения, но на протяжении десятилетий эксперты подозревали, что внутри этих материалов происходит нечто большее.
Теперь профессор и заведующий кафедрой химической и биомолекулярной инженерии Делавэрского университета Эрик Ферст и группа исследователей из Школы мостов и Университета Париж-Восток и Франции открыли процесс, называемый контактно-контролируемым старением, который объясняет некоторый возраст. связанные с изменениями в пастообразных материалах.
Они обнаружили, что между частицами образуются контакты, стабилизирующие микроструктуру этих материалов. Затем эти контакты становятся более жесткими, увеличивая жесткость материалов.
Команда описала свои выводы в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
Когда люди думают о старении материалов и механических свойствах материалов по мере их старения, особенно в реологии или изучении течения вещей, этот механизм затмевается изменениями в организации или микроструктуре материала», - сказал Фурст.
Полученные данные не только новы, но и могут оказаться полезными. Понимая, как стареют материалы, люди, которые их используют, могут разработать более эффективные способы прогнозирования и смягчения нежелательных изменений в характеристиках материалов. Эксперименты тесно связывают химию поверхности частиц, которую можно адаптировать с помощью химических реакций или добавок, таких как поверхностно-активные вещества и полимеры, со свойствами объемного материала.
«Эта статья имеет широкий спектр последствий, потому что существует множество типов проблем, где этот тип контактного старения может быть действительно важным», - сказал Ферст.
Люди в самых разных отраслях могут извлечь пользу из понимания процесса старения материалов этого типа, включая цемент, глину, грунт, чернила, краски и многое другое.
Исследователи использовали различные методы для изучения старения суспензий диоксида кремния и полимерного латекса. Первоначальные эксперименты показали, что микроструктура материалов не меняется со временем. Если частицы не меняют положения, подумала команда, значит, между ними что-то происходит.
В предыдущих экспериментах Фурст использовал лазерный пинцет - использование сфокусированного лазерного луча для манипулирования, изгиба и разрушения микроскопических структур частиц - что оказалось подходящей экспериментальной установкой для решения этой конкретной проблемы. Франческо Боначчи, в то время аспирант во Франции, посетил UD, чтобы провести эксперименты с лазерным пинцетом и изучить жесткость связей в исследуемых материалах из диоксида кремния и латекса. Эти эксперименты позволили открыть контактное старение.
Дополнительные эксперименты показали, что результаты, вероятно, применимы к широкому спектру плотных коллоидных суспензий.
Для Furst этот проект является примером силы сотрудничества с экспертами по всему миру.
"Это был результат невероятного международного сотрудничества, просто прекрасной команды", - сказал он. Соавторами статьи являются Боначчи, Ксавье Шато, Жюли Гойон, Дженнифер Фьюзье и Анаэль Лемэтр.