Μια νέα μελέτη από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Νάπολης Federico II, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Communications Physics, αποκαλύπτει μια σημαντική σύνδεση ανάμεσα στη μηχανική υποχώρηση των μαλακών αθερμικών υλικών και σε μια ιδιαίτερη μορφή μικροσκοπικής δυναμικής.
Η έρευνα εστιάζει στη «Fickian αλλά μη-Gaussian διάχυση» (FnGD), ένα φαινόμενο κατά το οποίο τα σωματίδια κινούνται με τρόπο που συνδυάζει τη γραμμική αύξηση της μέσης τετραγωνικής μετατόπισης στο χρόνο με μια μη κανονική κατανομή εκτοπίσεων.
Από τη μικροσκοπική κίνηση στη μηχανική συμπεριφορά
Τα μαλακά υλικά, όπως τα αιωρήματα, οι αφροί και τα τζελ, μπορούν να αντιστέκονται στη παραμόρφωση σαν στερεά, αλλά αρχίζουν να ρέουν σαν υγρά όταν εφαρμοστεί επαρκής εξωτερική τάση. Χρησιμοποιώντας αριθμητικές προσομοιώσεις, η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι η FnGD μπορεί να εμφανιστεί σε αθερμικά υλικά υπό την επίδραση της διάτμησης. Σε αυτά τα συστήματα, η θερμική κίνηση δεν παίζει ρόλο και η δυναμική καθορίζεται αποκλειστικά από τις μηχανικές δυνάμεις και τις αλληλεπιδράσεις των γειτονικών σωματιδίων.
Για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων, οι ερευνητές πρότειναν ένα μοντέλο τυχαίου περιπάτου σε ετερογενές περιβάλλον. Σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, τα σωματίδια κινούνται μέσα από περιοχές με διαφορετικούς χρόνους επιμονής, ενώ το τοπικό περιβάλλον ανανεώνεται συνεχώς λόγω της επιβαλλόμενης ροής.
Η σύνδεση με τη ρεολογία των υλικών
Το πιο σημαντικό εύρημα της μελέτης είναι ότι οι μικροσκοπικές χρονικές κλίμακες της FnGD συνδέονται άμεσα με τη μακροσκοπική ρεολογία του υλικού. Κοντά στο σημείο υποχώρησης, η τάση διάτμησης τείνει να σταθεροποιηθεί σε μια οριακή τιμή, ανεξάρτητα από τον ρυθμό παραμόρφωσης. Μια ανάλογη αποσύνδεση παρατηρείται και στη μικροσκοπική κίνηση, όπου ο χρόνος έναρξης της περιοχής Fickian σταθεροποιείται, ενώ ο χρόνος αποκατάστασης της κανονικής κατανομής συνεχίζει να αυξάνεται.
Αυτή η διαφορά χρονικών κλιμάκων υποδεικνύει ότι η FnGD μπορεί να θεωρηθεί ως το μικροσκοπικό ανάλογο της μηχανικής ροής, προσφέροντας νέες οπτικές για τη μελέτη των άμορφων μαλακών στερεών.
