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I ricercatori guidati dal professor Oscar Lopez-Pamies della CEE hanno derivato le equazioni di governo che descrivono e spiegano il comportamento meccanico macroscopico degli elastomeri riempiti con inclusioni liquide direttamente in termini del loro comportamento microscopico. Il lavoro è descritto in un articolo di Lopez-Pamies e Ph.D. studente Kamalendu Ghosh recentemente pubblicato nel Journal of the Mechanics and Physics of Solids .
"Sin dalla scoperta, all'inizio del 1900, che l'aggiunta di nerofumo e nanoparticelle di silice alla gomma ha prodotto un materiale composito con proprietà drasticamente migliorate, gli sforzi sono stati continuamente dedicati alla comprensione di quando e come l'aggiunta di riempitivi agli elastomeri porta a materiali con nuove proprietà meccaniche e fisiche", ha scritto Lopez-Pamies. "L'attenzione si è concentrata quasi esclusivamente sulle inclusioni di riempitivi solidi."
Recenti risultati teorici e sperimentali hanno rivelato che invece di aggiungere inclusioni solide agli elastomeri, l'aggiunta di inclusioni liquide può portare a una nuova classe di materiali ancora più entusiasmante con il potenziale per abilitare una varietà di nuove tecnologie. Alcuni esempi includono elastomeri riempiti con liquidi ionici, metalli liquidi e ferrofluidi, che presentano combinazioni uniche di proprietà meccaniche e fisiche.
"Il motivo alla base di tali nuove proprietà è duplice", ha scritto Lopez-Pamies. "Da un lato, l'aggiunta di inclusioni liquide agli elastomeri aumenta la deformabilità complessiva. Ciò è in contrasto con l'aggiunta di riempitivi convenzionali che, essendo costituiti da solidi rigidi, riducono la deformabilità. Inoltre, la meccanica e la fisica delle interfacce che separano un solido l'elastomero da inclusioni liquide incorporate, sebbene trascurabile quando le inclusioni sono grandi, può avere un impatto significativo e persino dominante sulla risposta macroscopica del materiale quando le particelle sono piccole.
"Sorprendentemente, le equazioni stabiliscono che questi materiali si comportano come solidi, anche se solidi con un comportamento macroscopico che dipende direttamente dalla dimensione delle inclusioni liquide e dal comportamento delle interfacce elastomero/liquido. Ciò consente di accedere a una gamma incredibilmente ampia di comportamenti affascinanti regolando opportunamente la dimensione delle inclusioni e la chimica delle interfacce elastomero/liquido. Uno di questi comportamenti notevoli è il "cloaking", quando l'effetto delle inclusioni può essere fatto scomparire."
Questo lavoro è stato svolto come parte della sovvenzione di Lopez-Pamies del programma NSF, Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future (DMREF). A sua volta, DMREF fa parte della multi-agenzia Materials Genome Initiative, che mira a spianare la strada alla scoperta, produzione e distribuzione di materiali avanzati. + Esplora ulteriormente
