Ingenjörer från Brown University har kartlagt mängden kompression som krävs för att orsaka rynkor, veck, och veck för att bildas i gummiartade material. Fynden kan hjälpa ingenjörer att kontrollera bildandet av dessa strukturer, vilket kan vara användbart vid design av nanostrukturerade material för flexibla elektroniska enheter eller ytor som kräver variabel vidhäftning.

"När ett gummiartat material komprimeras och når en kritisk belastning, den upplever instabilitet och bildar ytmönster som rynkor, veck, eller veck, " sa Mazen Diab, en postdoktor vid Browns School of Engineering och tidningens första författare. "Vi studerar hur var och en av dessa stater bildas."

Medan de flesta av oss kanske använder termerna rynka, veck, och vik nästan omväxlande, ingenjörer känner igen distinkta egenskaper i var och en av dessa stater. Som definierats av Brown-forskarna, rynktillståndet är när toppar och dalar börjar bildas på ytan, som vågor på havet. Skrynktillståndet är när ett distinkt skarpt spår bildas på ytan. Ett veck uppstår när områdena på vardera sidan av rynkhålan börjar beröras, bildar ihåliga kanaler under materialets ytplan.

Forskarna hänvisar till dessa tillstånd kollektivt som "ruga" tillstånd, en term som kommer från latin och som ofta används inom anatomin för att beskriva rynkor i kroppen som på magen eller munnen.

Varje ruga-stat kan ha olika implikationer i en designmiljö. I ett flexibelt kretskort, till exempel, rynkor kan vara acceptabelt men veck eller veck kan orsaka kortslutning. Ingenjörer kan använda veck eller veck för att kontrollera en ytas vidhäftningsegenskaper. Dessa strukturer kan dölja området av en klibbig yta i tråg, vilket gör det mindre troligt att det fastnar. Att sträcka ut ytan tar tillbaka klibbigheten. Vikningar kan vara användbara för att fånga stora molekyler eller nanopartiklar och för att transportera vätskor.

Tanken bakom denna senaste forskning är att förstå vid vilka punkter varje ruga-stat bildas, hjälpa ingenjörer att bättre utnyttja dem. Att göra det, forskarna använde en matematisk modell som simulerar deformationsegenskaperna hos ett skiktat gummiartat material med dess elastiska egenskaper som varierar med djupet från ytan. Resultatet blev ett fasdiagram som pekar ut de exakta mängderna komprimering som krävs för att bilda varje ruga-tillstånd.

Diagrammet identifierar två vecktillstånd tillsammans med ett vecktillstånd och ett vecktillstånd. Ett bakslagsveck uppstår när en rynka övergår till ett veck under ytterligare belastning. Ett ögonblickligt veck uppstår när den initiala påfrestningen är tillräcklig för att hoppa över rynkfasen.

"Fasdiagrammet visar den trycktöjning som behövs för att bilda alla dessa ruga-tillstånd och visar övergångarna från ett tillstånd till ett annat, sa Diab, som arbetar i professor Kyung-Suk Kims labb vid Browns School of Engineering. "Ingenjörer kan använda den som en guide för att få de former de vill ha i olika längdskalor."

Bortom materialvetenskap, Kim säger att arbetet kommer att hjälpa forskare "att förstå naturliga processer som observeras i breda skalor från bergsveck till hudveck och veck av mikroorgan inom biologin."

Forskningen är publicerad i Proceedings of the Royal Society A .