Трение в деталях: почему густеет бетон и паста для плат
Лаки, краски, бетон и даже кетчуп или апельсиновый сок — все это суспензии, то есть жидкости, в которых равномерно распределены твердые частицы.
Источник: нейросеть
Если таких частиц очень много, смесь ведет себя необычно: при сильном воздействии она может резко загустеть, почти как твердое тело.
Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.
Это происходит из-за того, что частицы в жидкости вынуждены перестраиваться. Пока они могут катиться друг по другу, все идет гладко.
Но если частицы застревают, то им приходится скользить, а на это требуется больше энергии — отсюда и резкое повышение вязкости.
Чтобы управлять свойствами таких смесей, ученым нужно точно знать, как частицы взаимодействуют между собой. Группа исследователей из ETH Zurich под руководством профессора Луцио Изы разработала метод измерения сил трения между микроскопическими частицами диаметром всего 12 микрометров.
Для этого они использовали атомно-силовой микроскоп. Аспирант Симон Шеррер создал миниатюрный держатель, который фиксирует одну частицу. Затем эту частицу перемещали по поверхности с такими же свойствами, имитируя взаимодействие двух частиц в суспензии.
Что выяснили ученые
- Гладкие частицы легко скользят друг по другу.
- Шероховатые или липкие сцепляются, как шестеренки, и катятся почти без сопротивления.
- Если же их зафиксировать и заставить скользить, трение резко возрастает — именно это объясняет загустевание смесей.
Эти данные помогут создавать более эффективные материалы — от бетона до токопроводящих паст в микроэлектронике. Например, при печати плат пасту продавливают через узкие сопла, и если она вдруг загустеет, процесс остановится.
Чтобы этого избежать, нужно точно знать, как ведут себя частицы на микроуровне, — объясняет Иза.
Этот метод открывает две ключевые возможности:
-
Точный расчет — коэффициенты трения можно внести в модели и предсказывать поведение смесей без дорогостоящих экспериментов.
-
Оптимизация — зная, как частицы взаимодействуют, можно создавать материалы с заданными свойствами. Например, бетон, который не расслаивается при перевозке, или паяльные пасты, не забивающие оборудование.
Особенно ценно это для нанотехнологий, где даже небольшое изменение вязкости критично.
Ранее ученые нашли способ прогнозировать вязкость нефти.
