Gli ingegneri della Brown University hanno mappato le quantità di compressione necessarie per causare rughe, pieghe, e pieghe da formare in materiali gommosi. I risultati potrebbero aiutare gli ingegneri a controllare la formazione di queste strutture, che può essere utile nella progettazione di materiali nanostrutturati per dispositivi elettronici flessibili o superfici che richiedono adesione variabile.

"Quando un materiale gommoso viene compresso e raggiunge un carico critico, sperimenta instabilità e forma modelli di superficie come rughe, pieghe, o pieghe, " ha detto Mazen Diab, un ricercatore post-dottorato presso la Brown's School of Engineering e primo autore dell'articolo. "Stiamo studiando come si forma ciascuno di questi stati".

Mentre la maggior parte di noi potrebbe usare i termini rughe, piega, e piega quasi in modo intercambiabile, gli ingegneri riconoscono proprietà distinte in ciascuno di questi stati. Come definito dai ricercatori Brown, lo stato delle rughe è quando iniziano a formarsi picchi e depressioni sulla superficie, come le onde dell'oceano. Lo stato di piega si ha quando sulla superficie si forma un solco nettamente affilato. Una piega si verifica quando le aree su entrambi i lati della cavità delle rughe iniziano a toccarsi, formando canali cavi sotto il piano superficiale del materiale.

I ricercatori si riferiscono a questi stati collettivamente come stati "ruga", un termine originario del latino e spesso usato in anatomia per descrivere le formazioni di rughe nel corpo come sullo stomaco o sul palato.

Ogni stato ruga potrebbe avere implicazioni diverse in un contesto progettuale. In un circuito flessibile, Per esempio, le rughe potrebbero essere accettabili, ma pieghe o pieghe potrebbero causare cortocircuiti. Gli ingegneri potrebbero utilizzare pieghe o pieghe per controllare le proprietà adesive di una superficie. Queste strutture possono nascondere l'area di una superficie appiccicosa in depressioni, rendendo meno probabile che si attacchi. Allungare la superficie riporta la viscosità. Le pieghe potrebbero essere utili per intrappolare grandi molecole o nanoparticelle e trasportare fluidi.

L'idea alla base di questa ultima ricerca è capire in quali punti si forma ogni stato ruga, aiutare gli ingegneri a utilizzarli al meglio. Fare quello, i ricercatori hanno utilizzato un modello matematico che simula le caratteristiche di deformazione di un materiale gommoso a strati con la sua proprietà elastica che varia con la profondità dalla superficie. Il risultato è stato un diagramma di fase che individua le quantità precise di compressione necessarie per formare ogni stato ruga.

Il diagramma identifica due stati di piega insieme a uno stato di piega e uno stato di piega. Una piega in battuta d'arresto si verifica quando una ruga progredisce in una piega sotto sforzo aggiuntivo. Una piega istantanea si verifica quando lo sforzo iniziale è sufficiente per saltare la fase delle rughe.

"Il diagramma di fase mostra la deformazione di compressione necessaria per formare tutti questi stati ruga e mostra le transizioni da uno stato all'altro, " ha detto Diab, che lavora nel laboratorio del professor Kyung-Suk Kim alla Brown's School of Engineering. "Gli ingegneri possono usarlo come guida per ottenere le forme che desiderano in diverse scale di lunghezza".

Oltre la scienza dei materiali, Kim afferma che il lavoro aiuterà gli scienziati "a sondare i processi naturali osservati su larga scala dalle pieghe delle montagne alle pieghe della pelle e delle pieghe dei micro organi in biologia".

La ricerca è pubblicata su Atti della Royal Society A .