Ta en titt inuti locket på din favorittandkräm, och du kanske ser hårt, vita rester, en fast version av den släta pastan du klämmer på din borste.

Många pastamaterial, även känd som täta kolloidala suspensioner, stelnar när de åldras. Strukturell dynamik, eller förändringar i de belastningar som materialen utsätts för över tid, är delvis ansvariga för denna förändring, men i decennier, experter har misstänkt att det händer mer inuti dessa material.

Nu, University of Delaware kemisk och biomolekylär ingenjörsvetenskap professor och ordförande Eric Furst och ett team av forskare från Ecole des Ponts och University Paris-Est och i Frankrike har upptäckt en process som kallas kontaktkontrollerat åldrande som förklarar vissa åldersrelaterade förändringar i pastamaterial.

De fann att kontakter bildas mellan partiklar, stabilisera mikrostrukturen hos dessa material. Sedan, dessa kontakter stelnar, ökar materialens styvhet.

Teamet beskrev sina resultat i en artikel publicerad i tidskriften Naturmaterial .

"När människor tänker på åldrande i material och de mekaniska egenskaperna hos material när de åldras, speciellt inom reologi eller studiet av hur saker flyter, denna mekanism har överskuggats av förändringar i organisationen, eller mikrostruktur, av materialet, sa Furst.

Resultaten är inte bara nya, de kommer sannolikt att visa sig användbara. Genom att förstå hur material åldras, människorna som använder dem kan utforma bättre sätt att förutsäga och mildra oönskade förändringar i materialprestanda. Experimenten knyter nära samman partikelytornas kemi, som kan skräddarsys genom kemiska reaktioner eller med tillsatser som ytaktiva ämnen och polymerer, till bulkmaterialets egenskaper.

"Det här dokumentet har några breda implikationer eftersom det finns många typer av problem där ute där denna typ av kontaktåldrande kan vara riktigt viktig, sa Furst.

Människor i ett brett spektrum av industrier skulle kunna dra nytta av att förstå åldringsprocessen för material av denna typ, som inkluderar cement, leror, jordar, bläck, målar, och mer.

Forskarna använde en mängd olika metoder för att utforska åldrande i suspensioner av kiseldioxid och polymerlatex. Inledande experiment visade att materialens mikrostruktur inte förändras över tiden. Om partiklarna inte ändrar position, laget tänkte, då måste det hända något mellan dem.

I tidigare experiment, Furst har använt laserpincett—användning av en fokuserad laserstråle för att manipulera, böja, och bryta mikroskopiska strukturer av partiklar – vilket visade sig vara den rätta experimentella uppställningen för att lösa detta specifika problem. Francesco Bonacci, då doktorand i Frankrike, besökte UD för att utföra laserpincettexperiment och studera styvheten hos bindningar i de kisel- och latexmaterial som undersöks. Dessa experiment möjliggjorde upptäckten av kontaktåldrande.

Ytterligare experiment antydde genericitet - att resultaten sannolikt gäller för en mängd olika täta kolloidala suspensioner.

För Furst, detta projekt är ett exempel på kraften i att samarbeta med experter runt om i världen.

"Detta var resultatet av ett otroligt internationellt samarbete, bara ett vackert lag, " sa han. Medförfattarna på tidningen inkluderar Bonacci, Xavier Chateau, Julie Goyon, Jennifer Fusier, och Anaël Lemaître.