15:47 2024-04-04
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Fizica fluidelor complexe: polimerii circulari prezintă modele de mișcare neașteptate sub forfecare
_ Fizica fluidelor complexe : Polimerii inelari prezintă modele de mișcare neașteptate sub forfecare
Forfecarea fluidelor – adică alunecarea straturilor de fluide unele peste altele sub forțe de forfecare – este un concept important în natură și în reologie, știința care studiază curgerea comportamentul materiei, inclusiv lichide și solide moi. Forțele de forfecare sunt forțe laterale aplicate paralel cu un material, care induc deformarea sau alunecarea între straturile acestuia.
Experimentele de forfecare cu fluide permit caracterizarea unor proprietăți reologice importante precum vâscozitatea (rezistența la deformare sau curgere) și tixotropia (scădere). în vâscozitate sub influența forfecarea), care sunt importante în aplicații, de la procese industriale la medicină. Studii privind comportamentul la forfecare a fluidelor viscoelastice create prin introducerea polimerilor în fluidele newtoniene au fost deja efectuate în ultimii ani.
Cu toate acestea, o abordare nouă în cercetarea actuală implică luarea în considerare a topologiei polimerului - aranjamentul spațial și structura moleculelor—prin folosirea polimerilor inel. Polimerii inel sunt macromolecule compuse din unități repetate, care formează bucle închise fără capete libere.
Primul autor Reyhaneh Farimani explică: „Pentru experimentele noastre de simulare pe computer sub forfecare, am luat în considerare două tipuri similare de perechi de inele conectate: unul în în care legătura este chimică, numită inele legate (BR) și una în care legătura este mecanică prin intermediul unei legături Hopf, numită policatenani (PC).
S-a pus un accent special pe luarea în considerare a interacțiunilor hidrodinamice. prin tehnici de simulare adecvate, care s-au dovedit a fi cruciale, deoarece o interacțiune delicată între hidrodinamica fluctuantă și topologie guvernează modelele emergente.
Rezultatele au fost surprinzătoare: pe de o parte, răspunsul celor două componente, BR, și PC-uri, era foarte diferit unul de celălalt – și, pe de altă parte, era clar diferit de cel al diferitelor alte tipuri de polimeri, cum ar fi liniar, stea sau ramificat. În special, modelul dinamic dominant în alți polimeri sub forfecare („turnări de vorticitate”) este fie suprimat (BR) fie practic absent (PC) în acești polimeri modificați topologic.
„Ceea ce am descoperit”, spune Christos Likos, co-autor al studiului, „sunt modele dinamice complet neașteptate în ambele tipuri de polimer inel, pe care le numim gradient-turbling și slip-tubling”. Datorită interacțiunii dintre hidrodinamică și topologia inelului, moleculele BR se rotesc în jurul direcției gradientului, care este perpendiculară pe axele de vorticitate și de curgere. Se găsește că BR-urile se află într-o mișcare continuă de gradient sub forfecare.
Dimpotrivă, PC-urile devin subțiri, se orientează aproape de axa curgerii și își mențin o conformație fixă, întinsă și fără răsturnare. sub forfecare. În schimb, datorită formei lor particulare de legătură mecanică, PC-urile prezintă o dinamică intermitentă, cu schimb ocazional al celor două inele pe măsură ce se alunecă unul prin celălalt, un model pe care autorii lucrării îl numesc alunecare.
Acestea. moduri neașteptate de mișcare, care poartă semnături unice ale topologiilor compușilor polimeri, subliniază importanța interacțiunii dintre hidrodinamică și arhitectura polimerului. De fapt, cercetătorii au descoperit în simulările lor că atunci când efectele de reflux sunt eliminate artificial, diferențele dintre BR și PC-uri dispar.
Aceste moduri dinamice au, de asemenea, un efect notabil asupra proprietăților mecanice ale soluției, deoarece BR-urile eliberează tensiuni interne prin răsturnare, în timp ce PC-urile stochează tensiuni permanent, rezultând o vâscozitate mult mai mare în ultimul caz. Acest lucru conduce la ipoteza că diferitele mișcări și structuri de răsturnare ale PC-urilor și BR-urilor ar putea influența vâscozitatea la forfecare - rezistența unui fluid la curgere sub forfecare reflectând frecarea internă și capacitatea sa de a se deforma - a soluțiilor foarte concentrate sau a topiturii polimerice ale acestor molecule.
Sunt necesare studii experimentale și teoretice suplimentare pentru a testa această ipoteză. Studiul actual a fost realizat printr-o cooperare științifică între Universitatea din Viena, Universitatea de Tehnologie Sharif din Iran și Școala Internațională de Studii Avansate (SISSA) din Italia.
Lucrarea este publicată în jurnal. Scrisori de revizuire fizică.
Comentarii:
Adauga Comentariu