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材料:ソフトガラス状の流れにおける空間的協同性

Nature 454, 7200 doi: 10.1038/nature07026

さまざまな性質をもつガラス状のアモルファス材料、例えば濃縮エマルジョン、粉粒体、ペースト、分子性ガラスなどは、固体と液体の中間の複雑な流動特性を示すため、多くの用途に使われている。このような系のよく報告されているがまだあまり解明されていない一般的特徴は、応力速度とひずみ速度を関係付ける流動則が強い非線形性を示すことである。今回我々は、マイクロ流体速度測定法を用いて、多様な粗さの表面によってさまざまな厚さのギャップに閉じ込められた濃縮エマルジョン薄層の流動特性を明らかにした。流れのふるまいに有限のサイズ効果があり、固有の局所的流動則が存在しないことの証拠が見いだされた。アモルファス材料のレオロジー的ふるまいが古典的非線形性を示すのとは対照的に、すべての速度プロファイルをかなり単純な非局所的流動則で説明できることを示す。このダイナミクスの非局所性は長さによって定量的に表され、このスケールの流れでの協同性に特有であって、より低いエマルジョン濃度の液体状態では観測できず、充填状態では濃度とともに増加する。この非局所性効果と協同性効果は、薄層が関係する用途(例えばコーティング)で実用的に重要である上に、他のガラス系、充填系、粉粒系のふるまいでも同様にみられることから、基本的に普遍的現象である可能性が示唆される。

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