I ricercatori stanno usando le onde ultrasoniche per manipolare la viscosità dei materiali che ispessiscono il taglio, trasformando i solidi in fanghiglia e viceversa.

Lo studio, "Utilizzare le perturbazioni acustiche per regolare dinamicamente l'ispessimento del taglio nelle sospensioni colloidali, " è stato pubblicato il 17 settembre in Lettere di revisione fisica .

I fluidi ispessenti da taglio sono una classe di materiali che scorrono come liquidi ma si solidificano quando vengono schiacciati o tagliati rapidamente, come sabbie mobili e Oobleck, la melma del gioco dei bambini. Le applicazioni tecniche per il materiale vanno da armature morbide e tute da astronauta alla stampa 3D di metalli e ceramiche.

Ma il processo di ispessimento a taglio può non essere cooperativo:più si manipola il materiale, più si solidifica, che nel caso della stampa 3D e della produzione di calcestruzzo può portare a ugelli intasati e tramogge inceppate.

Itai Cohen, professore di e co-autore senior del giornale, precedentemente trovato un modo per manipolare - o "sintonizzare" - il materiale rompendo le strutture rigide o le catene di forza formate dalle particelle in queste sospensioni attraverso l'oscillazione perpendicolare. Ma quel metodo si è rivelato poco pratico. non è facile, Dopotutto, scuotere e torcere una pipa di fabbrica.

Cohen e Ph.D. studentessa Meera Ramaswamy ha collaborato con Brian Kirby, professore di ingegneria, e dottorato di ricerca studente Prateek Sehgal, che hanno utilizzato trasduttori acustici per manipolare particelle su micro e nanoscala nel laboratorio di Kirby.

Sehgal ha sviluppato un dispositivo semplice ma efficace che consiste in una piastra inferiore con un trasduttore acustico, chiamato piezo, che genera onde ultrasoniche.

"Quando ecciti quel piezo a una frequenza specifica e a una tensione specifica, emana le onde acustiche attraverso la piastra inferiore alla sospensione. Questi disturbi acustici rompono le catene di forza responsabili dell'ispessimento da taglio, " ha detto Sehgal, co-autore del documento con Ramaswamy.

"I disturbi che stai inducendo sono in realtà, davvero minuscolo, quindi non ci vuole molto per rompere le forze di contatto tra le microparticelle, " Ha detto Cohen. "Questa è l'intuizione chiave che ci ha permesso di pensare di applicare questo tipo di perturbazioni e farlo funzionare. Fondamentalmente, qualsiasi geometria in cui hai un flusso ispessito, ora puoi semplicemente schiaffeggiare un piezo e disaddensare quella regione. Questa strategia apre solo l'applicabilità a una gamma molto più ampia di applicazioni".

I ricercatori hanno sviluppato l'approccio manipolando particelle in sostanze fino a 1,3 mm di spessore, ma poiché le onde ultrasoniche possono propagarsi su lunghe distanze nel materiale, Kirby prevede che venga utilizzato su tubi larghi quanto un piede. Le potenziali applicazioni includono la lavorazione degli alimenti, in particolare per materiali che hanno sospensioni di particolato come paste, la fabbricazione del calcestruzzo, così come la stampa 3D di ceramiche e metalli.

L'uso dell'energia acustica è anche un prezioso strumento scientifico per i ricercatori che studiano il comportamento di addensamento di un materiale e la dinamica del sistema. Tipicamente, studiare l'ispessimento, è necessario iniziare con una sospensione rilassata e aumentare i flussi. Questo processo, però, può richiedere molto tempo.