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慧正資訊，芝加哥大學Pritzker分子工程學院 (PME ) 的研究人員利用壓電納米粒子研究了非牛頓流體的基礎物理學。研究小組發現，顆粒之間的摩擦力在導致材料從流體轉變為更堅固的結構方面，例如非牛頓流體，發揮著重要作用。
研究結果發表在《美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》上。oobleck 和其他非牛頓流體的性質在壓力下會發生變化，但到目前為止，科學家們一直在努力證明其原因。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310088120
這項研究的潛在應用包括不會結塊的涂料、撞擊時變硬的可穿戴防護裝備，以及搖動時硬化成模具的液體。非牛頓流體以其粘度及其在壓力下的變化而聞名。例如，搖動番茄醬瓶以使其更容易倒出。然而，其他材料，如oobleck，是一種行為相反的濃縮顆粒懸浮液。操縱時感覺堅固，放下時感覺塌陷。 為了進一步理解這一點，科學家們假設了構成材料的粒子和分子如何在不同條件下相互作用。“為了了解這些濃縮顆粒懸浮液，我們希望能夠觀察納米級結構，但顆粒非常擁擠在一起，以至于對這些結構進行成像非常困難，”該論文的第一作者 Hojin Kim 說。
研究人員開發了一種技術，可以根據施加在其上的剪切力來測量電導的變化。然后將納米顆粒以特定濃度懸浮在液體中，以表現出類似于oobleck的非牛頓特性。 對液體的頂部和底部施加力，同時測量由此產生的粘度變化和電信號。這使得團隊能夠確定粒子從液體狀材料轉變為固體狀材料時如何相互作用。研究人員希望有一天能夠開發出具有定制特性的工程材料，使科學家能夠通過壓力控制粘度。 這可以減少混凝土和油漆等液體的結塊和堵塞，并且在需要時還可以更有目的地使材料硬化。
“對于任何應用，我們希望最終能夠確定溶劑和顆粒以及剪切條件的理想組合，以獲得我們想要的性能，”Kim 說。“這篇論文可能看起來不是非常基礎的研究，但實際上，非牛頓流體無處不在，因此它有很多應用。”目前，研究人員計劃利用納米顆粒懸浮液的應力誘導壓電活性來開發一種新的自適應和響應材料，該材料在機械力作用下可以變得更硬。
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