Química

El secreto del comportamiento de los materiales amorfos

(NC&T) Estos materiales (que incluyen el mousse de chocolate, la crema para el afeitado, la salsa mahonesa, los vidrios metálicos, los materiales granulares y el cieno) son sólidos amorfos. O, en otros términos, sus estructuras atómicas están desordenadas como las de un líquido, carecen de la estructura cristalina, pero son lo bastante rígidos como para no desparramarse en ausencia de un recipiente que los contenga, como sí haría un líquido. Son realmente capaces de fluir si son forzados: La mayonesa parece sólida en un frasco pero puede extenderse con un cuchillo.

Este descubrimiento debe hacer posible entender mejor la deformación y la fractura en los vidrios metálicos y el esparcimiento de las capas delgadas de materiales frágiles (como las cremas faciales) que se usan en las industrias de los cosméticos, del procesamiento de alimentos y de los lubricantes.

Sin embargo, la naturaleza y el origen de este estado amorfo continúan siendo un desafío científico para los investigadores.

En los últimos años se ha progresado en múltiples frentes. Se han hecho importantes trabajos teóricos y experimentales sobre los sólidos amorfos en reposo, gracias a los cuales se ha logrado entender mejor la naturaleza paradójica de la estructura rígida de estos materiales. Sin embargo, el vínculo con su conducta de flujo no había sido establecido previamente.

Comportamiento de los materiales amorfos
Corte en sección de una emulsión densa, hecha de numerosas gotitas de aceite de varios tamaños. (Foto: © Julie Goyon, LOF, Bordeaux)
En el nuevo estudio, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos usando las técnicas de la microfluídica. Gracias a esos experimentos, pudieron observar el flujo de emulsiones altamente concentradas en microcanales de varios anchos distintos.

Analizando el flujo de este material en canales con anchuras micrométricas, los investigadores pudieron identificar que las propiedades intrínsecas del flujo del material dependen de su confinamiento; en otras palabras, el hecho de que sea obligado a fluir en un cauce estrecho. Sorprendentemente, en ciertas situaciones, el material parece ser aún más fluido cuando se confina.

El análisis detallado de estas propiedades revela que los movimientos a gran escala de las partículas del fluido tienen lugar colectivamente. Este efecto de cooperatividad es, sin embargo, muy diferente del efecto que se ha observado en la dinámica colectiva de los materiales amorfos que no están fluyendo, lo cual plantea nuevas preguntas teóricas. La naturaleza colectiva identificada en el flujo difiere de las descripciones usuales propuestas.




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