Pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram capturar imagens fornecendo detalhes sem precedentes de como as partículas se comportam em uma suspensão líquida quando ocorre o fenômeno conhecido como espessamento por cisalhamento. O trabalho nos permite entender diretamente os processos por trás do espessamento por cisalhamento, que antes só era compreendido com base em inferência e modelagem computacional.

O espessamento por cisalhamento é um fenômeno que pode ocorrer quando as partículas são suspensas em uma solução de baixa viscosidade. Se a concentração de partículas for alta o suficiente, então, quando o estresse é aplicado à solução, ela se torna muito viscosa - efetivamente se comportando como um sólido. Quando o estresse é removido ou se dissipa, a suspensão retorna à sua viscosidade normal de fluido. Esse fenômeno pode ser visto em vídeos populares do YouTube, nos quais as pessoas podem encontrar uma solução de amido de milho suspensa na água - mas mergulhar na solução quando param.

O espessamento por cisalhamento pode ser uma desvantagem ou uma vantagem, dependendo do contexto.

Por exemplo, nas indústrias de processamento de alimentos à fabricação de produtos farmacêuticos, as empresas costumam tentar bombear líquidos com altas concentrações de partículas para tornar os processos de fabricação mais eficientes e econômicos. E se essas empresas não contabilizarem adequadamente o espessamento por cisalhamento, os líquidos bombeados podem emperrar ou entupir - custando-lhes um tempo valioso e potencialmente danificando seus equipamentos.

Por outro lado, as propriedades de espessamento por cisalhamento também podem ser usadas para desenvolver materiais de absorção de força para uso em aplicações como armaduras corporais, ou como um mecanismo para controlar as características físicas de dispositivos de robótica leve.

Por estas razões, pesquisadores passaram anos tentando entender precisamente como e por que ocorre o espessamento por cisalhamento. Contudo, pesquisadores foram forçados a confiar na experimentação indireta, porque eles foram incapazes de capturar o comportamento preciso das partículas em solução à medida que ocorre o espessamento por cisalhamento. Até agora.

Uma equipe de pesquisadores da North Carolina State University e da Northeastern University usou um instrumento personalizado, chamado de reômetro confocal, para capturar imagens microscópicas de partículas em solução à medida que foram expostas ao estresse para desencadear o espessamento por cisalhamento. Simulações de computador foram usadas para apoiar as observações experimentais.

"À medida que o estresse aumentava, pudemos ver redes complexas se formarem entre as partículas, "diz Lilian Hsiao, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor assistente de engenharia química e biomolecular na NC State. "E as formas dessas redes dependiam da forma e da aspereza das partículas. Especificamente, a maneira como as partículas vizinhas são reorganizadas quando a tensão é aplicada dita a maneira como elas se tornam mais espessas por cisalhamento.

"Compreendendo essas correlações entre a rugosidade das partículas, partículas em grande escala, e o espessamento por cisalhamento nos permite prever melhor o comportamento de espessamento por cisalhamento das suspensões. "

Especificamente, a equipe de pesquisa desenvolveu uma maneira de prever com mais precisão quanta tensão pode ser aplicada a uma determinada concentração de partículas antes que uma suspensão comece a sofrer espessamento de cisalhamento - bem como quão viscosa a solução se tornará - com base na aspereza das partículas. A rugosidade das partículas é importante porque suas interações de superfície ditam o quão firmemente as partículas podem ser compactadas, ou "emperrado, "na suspensão antes de se tornar efetivamente sólido.

"Para aplicações práticas, as pessoas não precisarão capturar suas próprias imagens microscópicas do que está acontecendo durante o processo de espessamento por cisalhamento, "Diz Hsiao." Se eles souberem a aspereza das partículas que têm em solução, eles serão capazes de determinar quais concentrações funcionarão para suas várias aplicações. "

O papel, "A distância de interferência determina o espessamento de cisalhamento coloidal, "é publicado em Cartas de revisão física .