Los investigadores están utilizando ondas ultrasónicas para manipular la viscosidad de los materiales espesantes al cizallamiento, convirtiendo los sólidos en granizados y viceversa.
El estudio, "Uso de perturbaciones acústicas para ajustar dinámicamente el engrosamiento de cizallamiento en suspensiones coloidales", se publicó el 17 de septiembre Cartas de revisión física .
Los fluidos espesantes al cizallamiento son una clase de materiales que fluyen como líquido pero se solidifican cuando se aprietan o se cizallan rápidamente, como arena movediza y Oobleck, la baba de juego para niños. Las aplicaciones técnicas para el material van desde armaduras corporales suaves y trajes de astronauta hasta impresión 3Dmetales y cerámicas.
Pero el proceso de engrosamiento por cizallamiento puede ser poco cooperativo: cuanto más manipulas el material, más se solidifica, lo que en el caso de la impresión 3D y la fabricación de concreto puede conducir a boquillas y tolvas atascadas.
Itai Cohen, profesor y coautor principal del artículo, encontró previamente una forma de manipular, o "ajustar", el material separando las estructuras rígidas o las cadenas de fuerza formadas por las partículas en estas suspensiones mediante oscilación perpendicularPero ese método no resultó práctico. Después de todo, no es fácil sacudir y torcer una tubería de fábrica.
Cohen y la estudiante de doctorado Meera Ramaswamy se asociaron con Brian Kirby, profesor de ingeniería, y la estudiante de doctorado Prateek Sehgal, que han estado usando transductores acústicos para manipular partículas de micro y nanoescala en el laboratorio de Kirby.
Sehgal desarrolló un dispositivo simple pero efectivo que consiste en una placa inferior con un transductor acústico, llamado piezo, que genera ondas ultrasónicas.
"Cuando excitas ese piezo a una frecuencia específica y un voltaje específico, emana las ondas acústicas a través de la placa inferior hacia la suspensión. Estas perturbaciones acústicas rompen las cadenas de fuerza responsables del engrosamiento", dijo Sehgal, co-líderautor del artículo con Ramaswamy.
"Las perturbaciones que estás induciendo son realmente muy, muy pequeñas, por lo que no se necesita mucho para romper las fuerzas de contacto entre las micropartículas", dijo Cohen. "Esta es la idea clave que nos permitió pensar enaplicando este tipo de perturbaciones y haciendo que funcione. Básicamente, cualquier geometría en la que tenga un flujo engrosado, ahora puede simplemente golpear un piezo y engrosar esa región. Esta estrategia simplemente abre la aplicabilidad a un rango mucho más ampliode aplicaciones "
Los investigadores desarrollaron el enfoque manipulando partículas en sustancias de hasta 1.3 mm de espesor, pero debido a que las ondas de ultrasonido pueden propagarse a largas distancias en el material, Kirby anticipa que se utilizará en tuberías tan anchas como un pie. Las aplicaciones potenciales incluyen el procesamiento de alimentos, particularmente paramateriales que tienen suspensiones particuladas como pastas, la fabricación de concreto, así como la impresión 3D de cerámica y metales.
El uso de energía acústica también es una herramienta científica valiosa para los investigadores que estudian el comportamiento de espesamiento de un material y la dinámica del sistema. Por lo general, para estudiar el espesamiento, uno necesita comenzar con una suspensión relajada y aumentar los flujos. Este proceso, sin embargo, puede tomar mucho tiempo.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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