Ny forskning från North Carolina State University, MIT och University of Michigan finner att ytstrukturen hos mikropartiklar i en flytande suspension kan orsaka inre friktion som väsentligt förändrar suspensionens viskositet - vilket effektivt gör vätskan tjockare eller tunnare. Fyndet kan hjälpa till att lösa problem för företag inom områden från biofarmaka till kemisk tillverkning.

"Vi hörde om problem som företag hade med att pumpa avstängningar och blev nyfikna på vad som orsakade dessa problem, "säger Lilian Hsiao, en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och huvudförfattare till en uppsats om arbetet. "Med tanke på närvaron av dessa typer av vätskor i branschen, vi blev förvånade över att ingen systematiskt tittat på ytjämnhetens roll tidigare. Det visar sig vara en riktigt viktig faktor för hur dessa partikelbelastade vätskor flyter. "

Med hjälp av en kombination av simuleringar och laboratorieexperiment, forskarna fann att det som bromsade suspensionerna var friktion. Specifikt, friktionen blir signifikant när tillräckligt med partiklar suspenderade i vätskan stöter på varandra. Och ju råare partiklarna är, desto mer friktion de genererar när de kommer i kontakt.

"Det tar energi att pumpa en vätskeupphängning genom ett rör eller rör, och friktionen som skapas genom interaktion mellan partiklar sprider mycket av den energin, "Hsiao säger." Denna försvagning bromsar fjädringens rörelse eller, om partiklarna är mycket grova, kan till och med stoppa det helt. "En video som visar skillnaden mellan suspensioner med grova partiklar och suspensioner med släta partiklar finns på www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY.

Denna insikt ger industrier ett par alternativ:De kan minska friktion genom att konstruera partiklarna för att få jämnare ytor, eller de kan öka mängden energi som används för att flytta upphängningen genom röret.

Dock, forskarna fann också att tillsats av energi till en suspension som innehåller grova partiklar också kan få suspensionen att expandera. Detta beror på att grova partiklar helt enkelt tar mer plats än släta vid tumling i suspension. Slutresultatet är att mer skjuvspänning i systemet kan orsaka katastrofal igensättning om suspensionen expanderar för mycket.

"Detta är ett grundläggande framsteg i vår förståelse av fysiken hos suspensioner i flöde, och bör hjälpa ingenjörer och forskare att hantera de tillverkningsutmaningar som fick vår uppmärksamhet i första hand, "Säger Hsiao.

"Vi tittar nu på sätt att använda de principer vi upptäckte här för att få friktionen att fungera till vår fördel."

Pappret, "Reologiska tillståndsdiagram för grova kolloider vid skjuvflöde, "publiceras i tidningen Fysiska granskningsbrev .