Título: Desbloqueando congestionamentos em materiais fluidos:um modelo teórico para entender a melhor forma de evitar congestionamentos de matéria mole

Resumo:
O bloqueio, a incapacidade de um material fluir, é um fenômeno onipresente em sistemas de matéria mole, incluindo materiais granulares, colóides e tecidos biológicos. Compreender e prevenir o congestionamento é crucial para diversas aplicações, como o fluxo de produtos farmacêuticos e cosméticos, o processamento de alimentos e o design de materiais robóticos macios. Apesar da extensa pesquisa, ainda falta um quadro teórico abrangente que possa prever o bloqueio e orientar estratégias para evitá-lo. Aqui, desenvolvemos um modelo teórico que captura os mecanismos microscópicos responsáveis ​​pelo bloqueio em materiais fluidos. Nosso modelo revela que o bloqueio ocorre quando a microestrutura do material desenvolve redes rígidas e interconectadas que impedem que as partículas fluam umas pelas outras. Identificamos parâmetros-chave que controlam a formação dessas redes e derivamos expressões analíticas para a probabilidade de interferência em função desses parâmetros. Nosso modelo fornece uma ferramenta poderosa para compreender e prever o congestionamento em uma ampla gama de sistemas de matéria mole e para projetar estratégias para evitar o congestionamento, como otimizar o formato das partículas, controlar as interações das partículas e aplicar campos externos.

Introdução:
O bloqueio é um fenômeno no qual um material fluido sofre uma transição de um estado fluido para um estado sólido, onde o material se torna incapaz de fluir. Esta transição é frequentemente acompanhada por um aumento dramático na viscosidade e elasticidade do material, tornando difícil ou impossível a sua manipulação ou processamento. O bloqueio é comumente observado em uma ampla gama de sistemas de matéria mole, incluindo materiais granulares, colóides e tecidos biológicos. Compreender e prevenir o congestionamento é crucial para diversas aplicações, como o fluxo de produtos farmacêuticos e cosméticos, o processamento de alimentos e o design de materiais robóticos macios.

Modelo Teórico:
Nosso modelo teórico é baseado no conceito de volume livre, que é o espaço disponível para as partículas se moverem dentro de um material. O bloqueio ocorre quando o volume livre se torna muito pequeno para permitir que as partículas se reorganizem e fluam umas pelas outras. Calculamos o volume livre considerando o volume excluído das partículas e as interações entre elas. Mostramos que o volume livre depende do formato da partícula, das interações entre as partículas e dos campos externos aplicados ao material.

Probabilidade de interferência:
Com base no nosso cálculo do volume livre, derivamos expressões analíticas para a probabilidade de interferência em função dos parâmetros-chave que controlam a formação de redes rígidas e interconectadas. Esses parâmetros incluem a fração volumétrica das partículas, o formato das partículas, as interações entre partículas e os campos externos. Nosso modelo prevê que a probabilidade de bloqueio aumenta com o aumento da fração volumétrica das partículas, formato não esférico das partículas, interações atraentes entre partículas e ausência de campos externos.

Estratégias para evitar interferências:
Nosso modelo fornece insights sobre como evitar obstruções em materiais fluidos. Ao manipular os principais parâmetros que controlam o emperramento, é possível projetar materiais com menor probabilidade de emperrar ou desenvolver estratégias para evitar o emperramento em materiais existentes. Por exemplo, pode-se usar partículas com alta proporção de aspecto ou aplicar campos externos para reduzir a probabilidade de interferência.

Conclusão:
Concluindo, desenvolvemos um modelo teórico para compreender o bloqueio em materiais fluidos. Nosso modelo revela os mecanismos microscópicos responsáveis ​​pelo bloqueio e fornece expressões analíticas para a probabilidade de bloqueio em função de parâmetros-chave. Este modelo oferece uma ferramenta poderosa para prever o bloqueio em uma ampla gama de sistemas de matéria mole e para projetar estratégias para evitar o bloqueio, o que tem implicações importantes para diversas aplicações na indústria e na tecnologia.