Os pesquisadores estão usando ondas ultrassônicas para manipular a viscosidade de materiais de espessamento por cisalhamento, transformando sólidos em lama - e vice-versa.

O estudo, "Usando perturbações acústicas para ajustar dinamicamente o espessamento de cisalhamento em suspensões coloidais, "foi publicado em 17 de setembro em Cartas de revisão física .

Fluidos de espessamento por cisalhamento são uma classe de materiais que fluem como líquidos, mas se solidificam quando comprimidos ou cortados rapidamente, como areia movediça e Oobleck, o lodo de brincar das crianças. As aplicações técnicas do material variam de coletes à prova de balas e macacões de astronauta a metais e cerâmicas de impressão 3-D.

Mas o processo de espessamento por cisalhamento pode não ser cooperativo:quanto mais você manipula o material, quanto mais se solidifica, que no caso da impressão 3-D e da fabricação de concreto pode levar a bocais amontoados e tremonhas emperradas.

Itai Cohen, professor de e co-autor sênior do artigo, encontrou anteriormente uma maneira de manipular - ou "ajustar" - o material, quebrando as estruturas rígidas ou cadeias de força formadas pelas partículas nessas suspensões por meio de oscilação perpendicular. Mas esse método provou ser impraticável. Nao e facil, Afinal, para sacudir e torcer um cano de fábrica.

Cohen e Ph.D. a aluna Meera Ramaswamy fez parceria com Brian Kirby, professor de engenharia, e Ph.D. estudante Prateek Sehgal, que têm usado transdutores acústicos para manipular partículas em micro e nanoescala no laboratório de Kirby.

A Sehgal desenvolveu um dispositivo simples, mas eficaz, que consiste em uma placa inferior com um transdutor acústico - chamado piezo - que gera ondas ultrassônicas.

"Quando você excita aquele piezo em uma frequência específica e uma voltagem específica, ele emana as ondas acústicas através da placa inferior para a suspensão. Esses distúrbios acústicos quebram as cadeias de força responsáveis ​​pelo espessamento de cisalhamento, "disse Sehgal, co-autor principal do artigo com Ramaswamy.

"Os distúrbios que você está induzindo são, na verdade, realmente minúsculo, então não é preciso muito para quebrar as forças de contato entre as micropartículas, "Cohen disse." Este é o insight fundamental que nos permitiu pensar sobre como aplicar esses tipos de perturbações e fazer com que funcionassem. Basicamente, qualquer geometria onde você tem um fluxo que está engrossado, agora você pode simplesmente colocar um piezo e engrossar essa região. Essa estratégia apenas abre a aplicabilidade para uma gama muito mais ampla de aplicações. "

Os pesquisadores desenvolveram a abordagem manipulando partículas em substâncias de até 1,3 mm de espessura, mas porque as ondas de ultrassom podem se propagar por longas distâncias no material, Kirby prevê que será usado em tubos com a largura de 30 centímetros. As aplicações potenciais incluem processamento de alimentos, particularmente para materiais que têm suspensões particuladas como pastas, a fabricação de concreto, bem como a impressão 3-D de cerâmicas e metais.

O uso de energia acústica também é uma ferramenta científica valiosa para pesquisadores que estão estudando o comportamento de espessamento de um material e a dinâmica do sistema. Tipicamente, para estudar o espessamento, é preciso começar com uma suspensão relaxada e aumentar os fluxos. Este processo, Contudo, pode demorar muito.