As partículas rolantes tornam as suspensões mais fluidas
Primeira medição do atrito de rolamento de partículas minúsculas, de dimensão micrométrica
Lacas, tintas, betão - e até ketchup ou sumo de laranja: As suspensões são muito comuns na indústria e na vida quotidiana. Por suspensão, os cientistas de materiais entendem um líquido no qual partículas sólidas minúsculas e insolúveis estão distribuídas uniformemente. Se a concentração de partículas numa tal mistura for muito elevada, podem ser observados fenómenos que contradizem a nossa compreensão quotidiana de um líquido. Por exemplo, os chamados fluidos não-newtonianos tornam-se subitamente mais viscosos quando uma força forte actua sobre eles. Durante um breve momento, o líquido comporta-se como um sólido.
Este espessamento súbito é causado pelas partículas presentes na suspensão. Se a suspensão for deformada, as partículas têm de se reorganizar. Do ponto de vista energético, é mais vantajoso que elas rolem umas sobre as outras sempre que possível. Só quando isso já não é possível, por exemplo, porque várias partículas ficam encravadas, é que elas têm de deslizar umas em relação às outras. No entanto, o deslizamento requer muito mais força e, por isso, o líquido parece macroscopicamente mais viscoso.
As interações que ocorrem a uma escala microscópica pequena afectam, portanto, todo o sistema e determinam a forma como uma suspensão flui. Para otimizar a suspensão e influenciar especificamente as suas caraterísticas de fluxo, os cientistas devem, portanto, compreender a magnitude das forças de fricção entre as partículas individuais.
O que é que os cientistas investigaram?
Os investigadores de materiais da ETH Zurich, liderados por Lucio Isa, Professor de Interfaces e Matéria Mole, desenvolveram um método para medir as forças de atrito entre partículas individuais com apenas alguns micrómetros de diâmetro.
Para as medições, os investigadores utilizaram o chamado microscópio de força atómica. O estudante de doutoramento Simon Scherrer começou por desenvolver um suporte microscopicamente pequeno, que serve para capturar uma única partícula esférica. Em seguida, deslocam esta partícula "presa" sobre uma superfície plana com as mesmas caraterísticas da partícula, utilizando o microscópio de força atómica. Desta forma, os investigadores conseguiram imitar duas partículas a passar uma pela outra e medir as forças minúsculas entre as superfícies.
Porque é que isto é tão importante?
As partículas examinadas são minúsculas - apenas 12 micrómetros, ou seja, 12 milionésimos de metro, de diâmetro. Por conseguinte, foi difícil desenvolver uma técnica de medição adequada para medir o atrito de rolamento que ocorre na partícula. O fabrico de um suporte adequado revelou-se particularmente difícil. "Devo ter desenvolvido 50 versões até encontrar uma que satisfizesse os requisitos", revela Scherrer.
Os investigadores fabricaram diferentes partículas para compreender como a superfície das partículas minúsculas afecta o comportamento da suspensão. "As partículas com uma superfície lisa ou muito escorregadia simplesmente deslizavam umas sobre as outras, independentemente da firmeza com que as pressionávamos", explica Scherrer.
A situação com partículas ásperas ou pegajosas era muito diferente, uma vez que estas partículas se encaixavam umas nas outras como rodas dentadas e rolavam com pouca resistência. Por fim, os investigadores fixaram as partículas no suporte para medir o seu atrito de deslizamento. Este atrito é muitas vezes superior ao atrito de rolamento e explica o espessamento dramático das suspensões.
Para que serve isto?
Os investigadores conseguiram obter os coeficientes de atrito de rolamento e de deslizamento das respectivas partículas diretamente a partir das suas medições. Estes valores podem ser utilizados em modelos informáticos para simular suspensões com uma elevada fração de partículas, por exemplo, e assim determinar as caraterísticas ideais de fluxo. Estes conhecimentos sobre os mecanismos microscópicos que estão na origem do espessamento estão a abrir novas abordagens para otimizar as suspensões para aplicações na indústria, na construção ou na vida quotidiana.
Entre outros, os beneficiários poderão ser a indústria do betão ou os fabricantes de microeletrónica. Estes últimos já estão a utilizar suspensões densas com partículas metálicas condutoras para soldar componentes em placas de circuitos. A pasta de solda é pressionada através de bicos estreitos. Se a pressão for demasiado elevada, a pasta pode engrossar subitamente e entupir o bocal.
"Para evitar este comportamento e otimizar estas suspensões, temos de saber exatamente como as partículas se comportam à microescala e que forças ocorrem no processo", afirma Isa.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
Estes produtos podem lhe interessar
EasyViewer™ - iCVision - Image2Chord por Mettler-Toledo
Análise precisa do tamanho das partículas com dados em tempo real
Aumente a sua eficiência com uma excelente qualidade de imagem e focagem automática
YSTRAL Conti-TDS por ystral
YSTRAL Conti-TDS: O nº 1 em humidificação de pós
Aspirar, humedecer e dispersar o pó
Notícias mais lidas
Mais notícias de nossos outros portais
Consulte os mundos temáticos para obter conteúdo relacionado
Mundo Temático de Análise de Partículas
Os métodos de análise de partículas nos permitem examinar partículas minúsculas em diversos materiais e revelar suas propriedades. Seja no monitoramento ambiental, na nanotecnologia ou na indústria farmacêutica – a análise de partículas nos proporciona uma visão de um mundo oculto, no qual podemos decifrar a composição, o tamanho e a forma das partículas. Experimente o fascinante mundo da análise de partículas!
Mundo Temático de Análise de Partículas
Os métodos de análise de partículas nos permitem examinar partículas minúsculas em diversos materiais e revelar suas propriedades. Seja no monitoramento ambiental, na nanotecnologia ou na indústria farmacêutica – a análise de partículas nos proporciona uma visão de um mundo oculto, no qual podemos decifrar a composição, o tamanho e a forma das partículas. Experimente o fascinante mundo da análise de partículas!