I sfären av komplexa vätskor är det viktigt att förstå materials intrikata beteenden under olika förhållanden för att utveckla områden som sträcker sig från materialvetenskap till bioteknik. Bland dessa material har ringpolymerer, en klass av cirkulära makromolekyler, fått uppmärksamhet på grund av deras unika egenskaper och potentiella tillämpningar. Men deras beteende under skjuvning, en grundläggande kraft som kan inducera flöde och deformation i material, förblir relativt outforskat.

En nyligen genomförd studie utförd av ett team av forskare har kastat nytt ljus över de oväntade rörelsemönstren hos ringpolymerer under skjuvning. Med hjälp av toppmoderna simuleringstekniker undersökte teamet dynamiken hos ringpolymerer i ett Couette-flöde, en typ av skjuvflöde där två parallella plattor rör sig med olika hastigheter, vilket skapar en hastighetsgradient.

Deras resultat visade att ringpolymerer uppvisar distinkta rörelsemönster beroende på deras storlek och styrkan på skjuvkraften. Vid låga skjuvhastigheter beter sig polymerer med små ringar på samma sätt som linjära polymerer, i linje med flödesriktningen och tumlar med jämna mellanrum. Men när skjuvhastigheten ökar sker en anmärkningsvärd övergång:små ringpolymerer börjar rotera snabbt runt sin centrala axel, i likhet med snurrande toppar.

Denna rotationsrörelse drivs av samspelet mellan det skjuvningsinducerade flödet och de unika strukturella egenskaperna hos ringpolymerer. Till skillnad från linjära polymerer saknar ringpolymerer kedjeändar och uppvisar en sluten konformation som möjliggör effektiv energiöverföring. Skjuvkraften gör att ringpolymererna deformeras och roterar, vilket leder till den observerade spinnrörelsen.

Dessutom fann forskarna att rotationsdynamiken hos ringpolymerer är storleksberoende. Mindre ringpolymerer roterar snabbare än sina större motsvarigheter, vilket visar ett beroende av polymerens rotationsradie. Detta storleksberoende beteende uppstår från samspelet mellan den skjuvningsinducerade flödesstyrkan och polymerens rotationströghet.

Upptäckten av dessa oväntade rörelsemönster hos ringpolymerer under skjuvning öppnar nya vägar för att utforska den rika fysiken hos komplexa vätskor och designa material med skräddarsydda egenskaper. Spinnrörelsen hos ringpolymerer under skjuvning kan ha implikationer i olika tillämpningar, såsom mikrofluidiska enheter, polymerblandningar och läkemedelstillförselsystem.

Genom att reda ut den invecklade dynamiken hos ringpolymerer bidrar denna studie till en bredare förståelse av komplexa vätskor och ger insikter i de potentiella tillämpningarna av dessa material inom olika områden av vetenskap och teknik.