p Lucio Isa e sua equipe de pesquisadores explicaram como as características da superfície das microesferas afetam os aumentos rápidos na viscosidade das suspensões, assim, estabelecendo as bases para aplicações como cimento de fluxo suave. p A internet está cheia de vídeos de pessoas se divertindo correndo na lama branca. É quase como se estivessem caminhando sobre a água. Mas quando eles param, eles lentamente começam a afundar. O limo em questão é geralmente uma suspensão concentrada que compreende amido de milho e água. Embora seja conhecido coloquialmente como "oobleck", em homenagem ao livro infantil do Dr. Seuss, os cientistas de materiais usam o termo "fluido não newtoniano". Em contraste com um fluido "normal" (newtoniano), fluidos não newtonianos podem se tornar mais viscosos quando afetados por um grande, força mudando rapidamente. Por um breve momento, o material se comporta como um sólido. Contudo, se a força é constante e fraca, o material flui como um líquido normal.

p “Este fenômeno aparece em todas as suspensões com alta densidade de partículas, como cimento, "diz Lucio Isa, Professor de Interfaces, Matéria leve e montagem na ETH Zurique. Se o cimento for bombeado por um tubo em um canteiro de obras muito rapidamente, o tubo vai entupir.

p Maior atrito devido a superfícies ásperas

p Isso é parcialmente devido às características da superfície das partículas sólidas na suspensão. "Se uma força for aplicada de repente, as partículas sólidas são incapazes de se mover para fora do caminho com rapidez suficiente. Em vez de, eles entram em contato, esfregando e bloqueando um ao outro ", Explica Isa. Quanto mais áspera for a superfície da partícula, quanto maior o atrito.

p Os pesquisadores usam essas propriedades para controlar o aumento repentino da viscosidade em uma suspensão densa de maneira direcionada. Em vez de amido de milho, Isa e seus colegas "brincavam" de uniforme, partículas de silicato de tamanho micrométrico com superfície rugosa. As partículas parecem framboesas minúsculas e já haviam sido usadas pelos pesquisadores em estudos anteriores. Chiao-Peng Hsu, um estudante de doutorado trabalhando com Isa e o professor da ETH Nicholas Spencer, desenvolveu um método que lhe permite gerar rapidamente uma biblioteca dessas partículas em forma de framboesa com diferentes rugosidades de superfície.

p Viscosidade mais alta apesar de menos partículas

p Os pesquisadores usaram essas partículas para criar suspensões que eles pudessem testar para aumentos repentinos na viscosidade sob estresse. Os resultados mostraram que quanto mais ásperas as partículas, o menos teve que ser adicionado à suspensão para alcançar a solidificação repentina. Em contraste, se partículas lisas fossem usadas, uma quantidade maior teve que ser adicionada à suspensão antes que os pesquisadores pudessem observar o espessamento repentino.

p Os pesquisadores mostraram que o uso de partículas ásperas pode economizar material:sua porção do volume total em uma suspensão pode ser substancialmente menor para gerar o mesmo efeito.

p Quando os pesquisadores misturaram partículas ásperas e lisas em uma única suspensão, solidificação também ocorreu mais cedo do que em suspensões com partículas exclusivamente lisas. Os pesquisadores da ETH descobriram que apenas 6% das partículas lisas em uma mistura eram suficientes para reduzir significativamente o aumento da viscosidade. "É como misturar rolamentos de esferas e rodas dentadas, "diz Isa." As rodas dentadas se unem com relativa facilidade para criar uma corrente estável, mas os rolamentos de esferas quebram facilmente essas correntes e permitem o fluxo. "

p Para pesquisar o atrito entre as partículas individuais, Hsu e seu colega Shivaprakash Ramakrishna anexaram um único, partícula de meio micrômetro em um cantilever de um microscópio de força atômica. Os pesquisadores então moveram a partícula por várias superfícies rugosas do modelo, deslocando o cantilever algumas centenas de nanômetros enquanto mediam o ângulo de inclinação. Quanto mais forte o atrito, quanto maior o ângulo. "Trabalhar com esse tipo de partícula em um cantilever foi extremamente difícil, já que as dimensões são incrivelmente pequenas, "enfatiza Hsu." Fomos o primeiro grupo a fazer isso. "

p Aplicações em coletes à prova de bala

p Se os resultados serão integrados em aplicativos da vida real, ainda não se sabe. O estudo é basicamente pesquisa pura. "Nosso objetivo era investigar as maneiras pelas quais podemos mudar nano e microestruturas para influenciar o comportamento do material em um nível macroscópico, e nós tivemos sucesso, "diz Isa. As descobertas podem ser usadas em aplicações cotidianas, como cimento." Ajustando as superfícies dos grânulos e misturando-os ao cimento de maneira semelhante ao nosso experimento, pode-se otimizar as características de fluxo do cimento. "

p Mas suspensões viscosas com propriedades de solidificação abrupta também são usadas para outros fins; por exemplo, um fabricante americano usa suspensões viscosas para desenvolver coletes de segurança à prova de bala e facada. "Nosso estudo pode ajudar a melhorar esses tipos de aplicativos, "diz Isa.