Ученые объяснили феномен двойного «предела текучести» в мягких материалах

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне раскрыли природу загадочного явления, наблюдаемого в мягких материалах, — двойного пика диссипации энергии при приложении силы. Ранее считалось, что это свидетельствует о «двойном пределе текучести», когда материал должен «поддаться» дважды, чтобы полностью перейти в жидкообразное состояние.

Профессор химической и биомолекулярной инженерии Саймон А. Роджерс и его команда доказали, что эти два пика являются результатом двух независимых процессов. Первый, меньший пик соответствует размягчению эластичной структуры материала, а второй, более выраженный, означает истинное достижение предела текучести с необратимой деформацией.

Для своего исследования ученые использовали новый подход — реологию восстановления, рассматривающую деформацию как совокупность восстанавливаемой и невосстанавливаемой составляющих. Роджерс пояснил на примере жевательной резинки:

«Если вы потянете жевательную резинку, часть деформации восстановится (она слегка отскочит назад), а часть — нет. Эта восстанавливаемая часть и есть то, что мы измеряем».

Эксперименты с гелеобразным полимером Carbopol подтвердили, что два наблюдаемых пика вызваны разными физическими процессами, а не повторением одного и того же. Команда также разработала прогностическую модель, точно описывающую это поведение.

Открытие углубляет понимание поведения материалов в условиях реальных промышленных процессов, где они подвергаются значительным и быстрым деформациям. Роджерс отметил, что их работа демонстрирует ценность тщательного экспериментального подхода, который может оказаться продуктивнее сложного математического анализа.