Nuova ricerca della North Carolina State University, Il MIT e l'Università del Michigan hanno scoperto che la struttura superficiale delle microparticelle in una sospensione liquida può causare attrito interno che altera significativamente la viscosità della sospensione, rendendo il liquido più denso o più sottile. La scoperta può aiutare ad affrontare i problemi per le aziende in campi dai biofarmaci alla produzione chimica.

"Abbiamo sentito parlare di problemi che le aziende stavano riscontrando con le sospensioni di pompaggio e siamo diventati curiosi di sapere cosa stava causando questi problemi, "dice Lilian Hsiao, un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso NC State e autore principale di un articolo sul lavoro. "Data l'ubiquità di questi tipi di fluidi nell'industria, siamo rimasti sorpresi dal fatto che nessuno avesse esaminato sistematicamente prima il ruolo della rugosità superficiale. Questo risulta essere un fattore davvero importante nel modo in cui scorrono questi fluidi carichi di particelle".

Utilizzando una combinazione di simulazioni ed esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno scoperto che ciò che stava rallentando le sospensioni era l'attrito. Nello specifico, l'attrito diventa significativo quando un numero sufficiente di particelle sospese nel liquido si scontrano. E più ruvida è la superficie delle particelle, più attrito generano quando entrano in contatto.

"Ci vuole energia per pompare una sospensione liquida attraverso un tubo o un tubo, e l'attrito creato dall'interazione tra le particelle dissipa molta di quell'energia, " dice Hsiao. "Questa dissipazione rallenta il movimento della sospensione o, se le particelle sono molto ruvide, può anche fermarlo completamente." Un video che mostra la differenza tra sospensioni con particelle ruvide e sospensioni con particelle lisce può essere trovato su www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY.

Questa intuizione offre alle industrie un paio di opzioni:possono ridurre l'attrito progettando le particelle per avere superfici più lisce, oppure possono aumentare la quantità di energia dedicata allo spostamento della sospensione attraverso il tubo.

Però, i ricercatori hanno anche scoperto che l'aggiunta di energia a una sospensione che contiene particelle ruvide può anche causare l'espansione della sospensione. Questo perché le particelle ruvide occupano semplicemente più spazio di quelle lisce quando rotolano in sospensione. Il risultato finale è che una maggiore sollecitazione di taglio nel sistema può causare un intasamento catastrofico se la sospensione si espande troppo.

"Questo è un progresso fondamentale nella nostra comprensione della fisica delle sospensioni nel flusso, e dovrebbe aiutare ingegneri e scienziati ad affrontare le sfide di produzione che hanno attirato la nostra attenzione in primo luogo, " dice Hsiao.

"Stiamo ora cercando modi per utilizzare i principi che abbiamo scoperto qui per far funzionare l'attrito a nostro favore".

La carta, "Diagrammi di stato reologico per colloidi grezzi nel flusso di taglio, " è pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica .