Swansea University forskare från College of Engineering har fångat de ögonblick en vätska reagerar som ett fast ämne genom en ny metod för vätskeobservation under tryckförhållanden.

Forskningen kommer från Complex Flow Lab, baserat på Institute for Innovative Materials, Processing and Numerical Technologies (IMPACT). Labbet studerar de invecklade flödesmönstren som ofta utvecklas i granulära material, porösa medier, och komplexa vätskor som skum, geler och pastor.

Denna senaste studie tittar på vätskor som har ett solidt svar på stress, ett fenomen som kallas Discontinuous Shear Thickening (DST). Detta är när vätska (i det här fallet, en majsstärkelseblandning) tjocknar plötsligt och blir fast vid störning.

Testerna involverade en ny observationsmetod som involverar en höghastighetskamera med resultat som erbjuder ett innovativt tillvägagångssätt för framtida tekniska metoder.

Forskningsförfattare Dr Deren Ozturk, som nyligen avslutade sin doktorsexamen i detta område, kommentarer:

"Våra fynd är av särskilt intresse för det växande forskningsområdet för sommartid, eftersom det är en ny visuell indikation på DST -beteende som kan användas för att kalibrera framtida teoretiska modeller. DST -fenomenet undersöks för unika tekniska applikationer som mjuk kropps rustning, "smarta" hastighetsstötar, och livsmedelsproduktion.

Forskargruppen använde vanlig majsstärkelse i köket blandat med vatten. Detta placeras sedan i en smal cell; tryckluft släpps ut i majsstärkelse-vattenvätskan och tvingar sig igenom.

Hur luften flyr filmas med en höghastighetskamera för att visualisera invasionsmönster-som antingen presenteras som vätskeliknande fingrar eller fasta frakturer beroende på koncentrationen av majsstärkelse och trycket i luften. "

Dr Ozturk fortsätter:

"Vi använde majsstärkelse (som ett modellsystem för den bredare klassen av skjuvförtjockningsmaterial) eftersom det är bekvämt, allmänt tillgänglig och visar en dramatisk skjuvningstjockningsrespons. Eftersom denna typ av invasionsexperiment (som vi har mycket erfarenhet av) inte tidigare hade utförts på en DST -vätska, vårt främsta mål var att bara prova dem i hopp om att se något intressant.

Vår huvudsakliga hypotes var att vätskan skulle "spricka" som ett fast ämne om den får tillräckligt med stress. Detta skulle vara bra att se eftersom en vätska borde uppvisa breda fingermönster. Vi var, därför, glad över att se ett smalt sprickrespons eftersom detta innebar att vi hade utvecklat en ny typ av experiment för att undersöka villkoren för vilka DST observeras. "

Medförfattare Dr Bjornar Sandnes, chef för Complex Flow Lab, kommentarer:

"Det som är särskilt intressant med majsstärkelsen som studeras här är att friktion kan slås på eller av som en omkopplare.

När den bara var försiktigt störd, kornen stöter bort varandra och eftersom de inte är i kontakt finns det ingen friktion och materialet flyter som en vätska.

Stör det dock mer kraftfullt, och kornen trycks i kontakt så att friktion hindrar kornen att glida fritt. Materialet beter sig då mer som ett fast, och det är när vi observerar sprickbildning i våra experiment. "

Tidningen publiceras i Kommunikationsfysik .