Gepubliceerd op 11 juni 2009
Hoe stromen vaste vloeistoffen als tandpasta en cement?
Gepubliceerd op 11 juni 2009
Bepaalde materialen kunnen zowel vloeistof zijn als vaste stof.
Tandpasta bijvoorbeeld vloeit niet onder zijn eigen gewicht op de
tandenborstel; het is een vaste stof. Echter, als je genoeg druk
uitoefent, stroomt het als een vloeistof uit de tube. Het is
belangrijk te weten onder welke omstandigheden de materialen vast zijn
en wanneer vloeibaar. Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam
en het City College of New York hebben een nieuwe stap gezet in de
ontrafeling van het mysterie van stroming bij dergelijke materialen.
Hun onderzoeksresultaten worden op 12 juni gepubliceerd in het
wetenschappelijke tijdschrift Science.
De zogeheten yield stress fluids (`visco-plastische vloeistoffen')
zijn erg belangrijk in de voedings- en cosmetische industrie (denk aan
mayonaise, slagroom, crèmes, haargel), maar ook bij de winning van
olie (boorvloeistoffen) of in de bouw (vloeibaar cement). Voor al deze
toepassingen is het belangrijk te weten onder welke omstandigheden de
materialen vast zijn en wanneer vloeibaar. Dit was echter nooit op
reproduceerbare wijze te meten. Natuurkundige Daniel Bonn van de UvA
laat samen met Morton Denn van het City College of New York zien dat
het vaste stadium van deze materialen wordt veroorzaakt door een
interne structuur. Yoghurt wordt bijvoorbeeld vast doordat zich een
netwerk van eiwitten vormt. Deze structuur kan veranderen door
stroming (zie afbeelding); de materialen worden vloeibaarder naarmate
ze langer stromen. De stroming beïnvloedt de structuur, waardoor de
mechanische eigenschappen veranderd zijn als de stroming weer ophoudt.
Dit nieuwe inzicht maakt de weg vrij voor het maken van beter
smeerbare margarines, en helpt ons om beter om te gaan met radioactief
afval dat de vorm van een sludge (modder) heeft.
De `yield stress' komt door de interne structuur in het materiaal. Een
gel in rust (afbeelding links) heeft een duidelijke structuur die het
materiaal stevigheid geeft: het materiaal gedraagt zich als een vaste
stof. De afbeelding rechts toont hetzelfde materiaal na stroming: de
structuur is gebroken, en het materiaal stroomt als een vloeistof.
Publicatiegegevens
D. Bonn & M.M. Denn: `Yield Stress Fluids Slowly Yield to Analysis'.
Science (Vol. 324), 12 juni 2009.
Het volledige artikel kan worden ingezien op de website van Science,
zie onderstaande verwijzing.
Verwijzingen
Bekijk het volledige artikel
Universiteit van Amsterdam