Hur stannar tandkräm i röret och sipprar inte ut när vi tar bort locket? Vad är det som gör att till synes fast mark plötsligt går sönder i ett jordskred? Att definiera exakt hur mjuka material flyter och griper har undvikit forskare i flera år, men en ny studie förklarar denna komplexa rörelse med hjälp av relativt enkla experiment. Möjligheten att definiera - och så småningom förutsäga - ett mjukt materialflöde kommer att gynna människor som hanterar allt från smörbar ost till laviner.

Studien, som utfördes vid University of Illinois, Urbana-Champaign, publiceras i Proceedings of the National Academy of Science .

"Vi upptäcker att mjukt materialflöde snarare är en gradvis övergång än den plötsliga förändring som de nuvarande modellerna föreslår, "sade professor i kemisk och biomolekylär ingenjörsteknik Simon Rogers, som ledde studien och är anslutet till Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid U.

Teamet utvecklade ett nytt testprotokoll som gör det möjligt för forskare att mäta individuella solidliknande och flytande beteenden hos dessa material separat - något som aldrig gjorts tidigare, sa Gavin Donley, en doktorand och huvudförfattare till studien.

I labbet, laget utsatte en mängd olika mjuka material - en polymermikrogel, xantangummi, ett glasliknande material och en fylld polymerlösning - för att skjuvspänning och mäta de individuella fasta och vätskeliknande stamsvaren med hjälp av en anordning som kallas reometer.

"Våra experiment visar oss en mycket mer detaljerad och nyanserad syn på mjukt materialflöde, "Donley sa." Vi ser en kontinuerlig övergång mellan fasta och flytande tillstånd, som berättar att de traditionella modellerna som beskriver en plötslig beteendeförändring är förenklade. Istället, vi ser två distinkta beteenden som återspeglar energispridning via fasta och flytande mekanismer. "

Teamets omedelbara mål är att förvandla denna experimentella observation till en teoretisk modell som förutspår mjuk materialrörelse, Sa Rogers.

"De befintliga modellerna är otillräckliga för att beskriva de fenomen som vi har observerat, "sa han." Våra nya experiment är mer tidskrävande, men de ger oss enastående tydlighet och förståelse för processen. Detta kommer att göra det möjligt för oss att driva forskning om mjuka material framåt i en något annan riktning än tidigare. Det kan hjälpa till att förutsäga beteendet hos nya material, självklart, men också hjälpa till med anläggningsutmaningar som leror, dammbrott och laviner. "