Le particelle rotolanti rendono le sospensioni più fluide
Prima misurazione dell'attrito volvente di particelle minuscole e micrometriche
Lacche, vernici, cemento e persino ketchup o succo d'arancia: Le sospensioni sono molto diffuse nell'industria e nella vita quotidiana. Per sospensione, gli scienziati dei materiali intendono un liquido in cui sono distribuite in modo uniforme minuscole particelle solide insolubili. Se la concentrazione di particelle in una miscela di questo tipo è molto elevata, si possono osservare fenomeni che contraddicono la nostra concezione quotidiana di un liquido. Ad esempio, questi cosiddetti fluidi non newtoniani diventano improvvisamente più viscosi quando una forte forza agisce su di loro. Per un breve momento, il liquido si comporta come un solido.
Questo improvviso ispessimento è causato dalle particelle presenti nella sospensione. Se la sospensione viene deformata, le particelle devono riorganizzarsi. Dal punto di vista energetico, è più vantaggioso che esse rotolino l'una accanto all'altra quando possibile. Solo quando questo non è più possibile, ad esempio perché diverse particelle si sono incastrate, le particelle devono scivolare l'una rispetto all'altra. Tuttavia, lo scorrimento richiede una forza molto maggiore e quindi il liquido risulta macroscopicamente più viscoso.
Le interazioni che si verificano su scala microscopica influenzano quindi l'intero sistema e determinano il flusso di una sospensione. Per ottimizzare la sospensione e influenzare in modo specifico le sue caratteristiche di flusso, gli scienziati devono quindi comprendere l'entità delle forze di attrito tra le singole particelle.
Cosa hanno studiato gli scienziati?
I ricercatori dei materiali del Politecnico di Zurigo, guidati da Lucio Isa, professore di Interfacce e Materia Soffice, hanno sviluppato un metodo per misurare le forze di attrito tra singole particelle di pochi micrometri di diametro.
Per le misurazioni i ricercatori hanno utilizzato un cosiddetto microscopio a forza atomica. Il dottorando Simon Scherrer ha innanzitutto sviluppato un supporto di dimensioni microscopiche, che serve a catturare una singola particella sferica. Poi hanno spostato questa particella "intrappolata" su una superficie piana con le stesse caratteristiche della particella, utilizzando il microscopio a forza atomica. In questo modo, i ricercatori hanno potuto imitare due particelle che si muovono l'una accanto all'altra e misurare le minuscole forze tra le superfici.
Perché è così importante?
Le particelle esaminate sono minuscole, con un diametro di appena 12 micrometri, cioè 12 milionesimi di metro. Di conseguenza, è stato difficile sviluppare una tecnica di misurazione adeguata per misurare l'attrito volvente che si verifica sulla particella. La realizzazione di un supporto adatto si è rivelata particolarmente impegnativa. "Avrò sviluppato 50 versioni prima di trovarne una che soddisfacesse i requisiti", rivela Scherrer.
I ricercatori hanno realizzato diverse particelle per capire come la loro superficie influisca sul comportamento della sospensione. "Le particelle con una superficie liscia o molto scivolosa scivolavano semplicemente l'una sull'altra, indipendentemente dalla forza con cui le premevamo", spiega Scherrer.
La situazione con particelle ruvide o appiccicose era molto diversa, poiché queste particelle si agganciano l'una all'altra come ruote dentate e rotolano con poca resistenza. Infine, i ricercatori hanno fissato le particelle nel supporto per misurare il loro attrito radente. Questo attrito è molte volte superiore a quello di rotolamento e spiega il forte ispessimento delle sospensioni.
A cosa serve tutto ciò?
I ricercatori hanno potuto ricavare i coefficienti di attrito volvente e radente delle rispettive particelle direttamente dalle loro misurazioni. Questi dati possono essere utilizzati nei modelli al computer per simulare sospensioni con un'elevata frazione di particelle, ad esempio, e quindi per determinare le caratteristiche ottimali del flusso. Queste conoscenze sui meccanismi microscopici che sono alla base dell'addensamento aprono nuovi approcci per l'ottimizzazione delle sospensioni per applicazioni nell'industria, nell'edilizia o nella vita quotidiana.
Tra gli altri, i beneficiari potrebbero essere l'industria del calcestruzzo o i produttori di microelettronica. Questi ultimi utilizzano già sospensioni dense con particelle metalliche e conduttive per saldare i componenti alle schede dei circuiti. La pasta saldante viene pressata attraverso ugelli stretti. Se la pressione è eccessiva, la pasta può improvvisamente addensarsi e intasare l'ugello.
"Per evitare questo comportamento e ottimizzare queste sospensioni, dobbiamo sapere con precisione come si comportano le particelle su microscala e quali forze intervengono nel processo", spiega Isa.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
Questi prodotti potrebbero interessarvi
EasyViewer™ - iCVision - Image2Chord da Mettler-Toledo
Analisi precisa delle dimensioni delle particelle con dati in tempo reale
Aumenta l'efficienza grazie all'eccellente qualità delle immagini e alla messa a fuoco automatica
YSTRAL Conti-TDS da ystral
YSTRAL Conti-TDS: il n. 1 nella bagnatura delle polveri
Aspirare, bagnare e disperdere la polvere
Le notizie più lette
Altre notizie dagli altri portali
Vedere i mondi tematici per i contenuti correlati
Mondo Tematico dell'Analisi delle Particelle
I metodi di analisi delle particelle ci permettono di esaminare particelle minuscole in diversi materiali e rivelare le loro proprietà. Che sia nel monitoraggio ambientale, nella nanotecnologia o nell'industria farmaceutica – l'analisi delle particelle ci offre uno sguardo su un mondo nascosto, nel quale possiamo decifrare la composizione, la dimensione e la forma delle particelle. Vivi il fascinante mondo dell'analisi delle particelle!
Mondo Tematico dell'Analisi delle Particelle
I metodi di analisi delle particelle ci permettono di esaminare particelle minuscole in diversi materiali e rivelare le loro proprietà. Che sia nel monitoraggio ambientale, nella nanotecnologia o nell'industria farmaceutica – l'analisi delle particelle ci offre uno sguardo su un mondo nascosto, nel quale possiamo decifrare la composizione, la dimensione e la forma delle particelle. Vivi il fascinante mondo dell'analisi delle particelle!