décembre 3, 2022

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Étude informative montrant comment lire, écrire et effacer la mémoire des distorsions passées dans les mousses et les émulsions utilisées dans les aliments et les produits pharmaceutiques – ScienceDaily

Certains solides ont une mémoire de la façon dont ils ont été étirés auparavant, ce qui affecte la façon dont ils réagissent à ces types de déformations à l’avenir. Une nouvelle étude en Pennsylvanie donne un aperçu de la formation de mémoire dans les mousses et les émulsifiants courants dans les produits alimentaires et pharmaceutiques et fournit une nouvelle façon d’effacer cette mémoire, ce qui pourrait guider la préparation des matériaux pour une utilisation future.

« Un pli dans un morceau de papier est comme un souvenir de pliage ou d’effondrement », a déclaré Nathan Kim, professeur agrégé de physique à Penn State qui a dirigé l’étude. « Beaucoup d’autres matériaux forment des souvenirs lorsqu’ils sont déformés, chauffés ou refroidis, et vous ne les connaîtrez peut-être pas à moins de poser les bonnes questions. Améliorer notre compréhension de la façon dont nous écrivons, lisons et effaçons les souvenirs offre de nouvelles opportunités de diagnostic et de programmation Nous pouvons apprendre l’histoire d’un matériau en exécutant des tests ou en effaçant une mémoire. le matériau et en en programmant un nouveau pour le préparer à un usage grand public ou industriel.

Les chercheurs ont étudié la mémoire dans une substance appelée solides désordonnés, qui contient des particules souvent disposées de manière irrégulière. Par exemple, la crème glacée est un solide irrégulier constitué d’un mélange de cristaux de glace, de gouttelettes de graisse et de poches d’air mélangés de manière aléatoire. Ceci est en contraste frappant avec les matériaux à « structures cristallines », avec des particules disposées en rangées et colonnes très disposées. Les solides volatils sont courants dans les sciences alimentaires, les produits de consommation et les produits pharmaceutiques et comprennent les mousses telles que la crème glacée et les émulsifiants tels que la mayonnaise.

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« La préparation des matériaux implique souvent de les traiter de manière à modifier la disposition de leurs molécules, bulles ou gouttelettes, et à les transférer d’un état d’énergie plus élevé à un état d’énergie plus bas et plus stable », a déclaré Kim. « Pour certains matériaux comme le verre, cela implique de chauffer soigneusement le matériau afin que ses molécules ne soient pas collantes et puissent s’organiser de manière plus ordonnée. Mais pour certains matériaux, comme la mayonnaise, le chauffage a des effets secondaires destructeurs ou inesthétiques. Ainsi pour matériaux où le chauffage n’est pas une option, nous utilisons un processus appelé recuit mécanique pour déformer physiquement le matériau et le transformer en un état d’énergie plus faible. »

Kim et ses collègues ont précédemment étudié comment le recuit mécanique des solides désordonnés permet au matériau de former une mémoire de cette déformation, influençant la façon dont il réagit à la déformation future. Dans un nouveau document de recherche paru le 5 octobre dans la revue progrès scientifiqueLes chercheurs fournissent une compréhension plus nuancée de la façon dont les souvenirs se forment dans les solides désordonnés et comment les souvenirs existants peuvent être «lus» et même effacés.

« Nous déformons notre matériau par cisaillement, ce qui implique de déplacer un côté du matériau par rapport à l’autre, comme tirer le coin d’un rectangle sur le côté pour qu’il devienne un parallélogramme », a déclaré Kim. « En répétant cette déformation à la même amplitude plusieurs fois, vous pouvez essentiellement enregistrer une mémoire de la déformation, qui influence subtilement la façon dont elle répond à la déformation par d’autres amplitudes à l’avenir. Nous avons illustré les conditions dans lesquelles cette mémoire se forme de manière irrégulière. solides et expliquer comment déterminer l’ampleur de la déformation précédente qui a été enregistrée. »

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Les chercheurs ont également démontré une nouvelle façon d’effacer les souvenirs dans les solides désordonnés.

« Certaines des règles de mémoire de ces matériaux sont très similaires aux règles de mémoire des ferromagnétiques, quelque chose que les physiciens étudient de manière approfondie depuis plus de cent ans », a déclaré Kim. « Les aimants de réfrigérateur portant une magnétisation sont un type de mémoire de champs magnétiques qui a été appliqué en usine. Pour effacer ces mémoires, vous appliquez un champ magnétique puissant et inversez sa direction tout en affaiblissant progressivement le champ. La méthode, que nous appelons la méthode de la boucle, nous appliquons des quantités de déformation de plus en plus petites jusqu’à ce que la déformation soit supprimée.

Effacer la mémoire peut être l’occasion pour les spécialistes des matériaux de commencer principalement à partir d’une table rase, puis de préparer le matériau de la manière la plus utile.

Dans cette étude, les chercheurs ont simulé un solide désordonné en utilisant 25 000 petites particules de plastique trouvées à l’interface eau-huile dans un plat – une configuration développée par le co-auteur Danny Medina, étudiant de premier cycle à la California State Polytechnic, San Luis Obispo, à l’époque. de la recherche. Les particules sont chargées électrostatiquement, se repoussent et peuvent être déformées avec une aiguille se déplaçant le long de l’interface de manière contrôlée. L’équipe a utilisé un microscope pour suivre la disposition des particules dans le matériau.

Les solides turbulents sont plus similaires que différents, et les détails microscopiques de leur composition – qu’il s’agisse de gouttelettes d’huile, de bulles de mousse, de granulés ou de particules – ne semblent pas beaucoup affecter le comportement global », a déclaré Kim. « Cela permet à nos expériences de donner un aperçu du recuit mécanique et de la formation de mémoire dans de nombreux autres matériaux. À l’avenir, nous aimerions étudier les propriétés de mémoire des matériaux dans des solides 3D non uniformes – l’équivalent de la mayonnaise ou de la crème glacée. »

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Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation.

Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de État de Pennsylvanie. Original de Jill McCormick. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.