Φυσική σύνθετων υγρών:Τα πολυμερή δακτυλίου παρουσιάζουν απροσδόκητα πρότυπα κίνησης υπό διάτμηση

Στον τομέα των σύνθετων υγρών, η κατανόηση των περίπλοκων συμπεριφορών των υλικών υπό διάφορες συνθήκες είναι απαραίτητη για την προώθηση των τομέων που κυμαίνονται από την επιστήμη των υλικών έως τη βιοτεχνολογία. Μεταξύ αυτών των υλικών, τα πολυμερή δακτυλίου, μια κατηγορία κυκλικών μακρομορίων, έχουν συγκεντρώσει την προσοχή λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους και των πιθανών εφαρμογών τους. Ωστόσο, η συμπεριφορά τους υπό διάτμηση, μια θεμελιώδη δύναμη που μπορεί να προκαλέσει ροή και παραμόρφωση στα υλικά, παραμένει σχετικά ανεξερεύνητη.

Μια πρόσφατη μελέτη που διεξήχθη από μια ομάδα ερευνητών έχει ρίξει νέο φως στα απροσδόκητα πρότυπα κίνησης των δακτυλιοειδών πολυμερών υπό διάτμηση. Χρησιμοποιώντας τεχνικές προσομοίωσης τελευταίας τεχνολογίας, η ομάδα διερεύνησε τη δυναμική των πολυμερών δακτυλίων σε μια ροή Couette, έναν τύπο ροής διάτμησης όπου δύο παράλληλες πλάκες κινούνται σε διαφορετικές ταχύτητες, δημιουργώντας μια κλίση ταχύτητας.

Τα ευρήματά τους αποκάλυψαν ότι τα πολυμερή δακτυλίου παρουσιάζουν διακριτά πρότυπα κίνησης ανάλογα με το μέγεθός τους και τη δύναμη της δύναμης διάτμησης. Σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, τα μικρά πολυμερή δακτυλίου συμπεριφέρονται παρόμοια με τα γραμμικά πολυμερή, ευθυγραμμίζοντας με την κατεύθυνση ροής και την ανατροπή περιοδικά. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται ο ρυθμός διάτμησης, συμβαίνει μια αξιοσημείωτη μετάβαση:τα μικρά πολυμερή δακτυλίου αρχίζουν να περιστρέφονται γρήγορα γύρω από τον κεντρικό άξονά τους, παρόμοιοι με τις περιστρεφόμενες κορυφές.

Αυτή η περιστροφική κίνηση οδηγείται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της επαγόμενης από διάτμηση ροής και των μοναδικών δομικών χαρακτηριστικών των δακτυλιοειδών πολυμερών. Σε αντίθεση με τα γραμμικά πολυμερή, τα πολυμερή δακτυλίου στερούνται άκρων της αλυσίδας και παρουσιάζουν κλειστή διαμόρφωση που επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας. Η δύναμη διάτμησης αναγκάζει τα πολυμερή δακτυλίου να παραμορφώνονται και να περιστρέφονται, οδηγώντας στην παρατηρούμενη περιστροφική κίνηση.

Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η περιστροφική δυναμική των πολυμερών δακτυλίων εξαρτάται από το μέγεθος. Τα μικρότερα πολυμερή δακτυλίου περιστρέφονται γρηγορότερα από τα μεγαλύτερα αντίστοιχα, αποδεικνύοντας την εξάρτηση από την ακτίνα του πολυμερούς της περιστροφής. Αυτή η εξαρτώμενη από το μέγεθος συμπεριφορά προκύπτει από την αλληλεπίδραση της επαγόμενης από τη διάτμηση της αντοχής ροής και της περιστροφικής αδράνειας του πολυμερούς.

Η ανακάλυψη αυτών των απροσδόκητων μοτίβων κίνησης των δακτυλιοειδών πολυμερών κάτω από τη διάτμηση ανοίγει νέες οδούς για να εξερευνήσετε την πλούσια φυσική των σύνθετων υγρών και στο σχεδιασμό υλικών με προσαρμοσμένες ιδιότητες. Η περιστροφική κίνηση των πολυμερών δακτυλίου κάτω από τη διάτμηση θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις σε διάφορες εφαρμογές, όπως οι μικρορευστές συσκευές, τα πολυμερή μίγματα και τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων.

Με την εξάπλωση της περίπλοκης δυναμικής των δακτυλιοειδών πολυμερών, η μελέτη αυτή συμβάλλει στην ευρύτερη κατανόηση των σύνθετων υγρών και παρέχει πληροφορίες για τις πιθανές εφαρμογές αυτών των υλικών σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.