Publicación en revista PNAS da luces sobre el potencial de materiales auxéticos en la reología de sistemas granulares
El profesor del Instituto de Física, Gustavo Düring, publicó recientemente el artículo "Elasticity and rheology of auxetic granular metamaterials" en la destacada revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Este aborda el trabajo experimental y de simulación en materiales auxéticos realizado en colaboración con Corentin Coulais, de la Universidad de Ámsterdam, junto a los estudiantes de doctorado de ambos académicos. La investigación desarrollada permitió demostrar el potencial de utilizar materiales auxéticos en sistemas granulares para mejorar su reología o flujo promedio.
¿Qué caracteriza a un material auxético?
Lo principal es que, al ser comprimido en una dirección, se comprime paralelamente en la otra.
En el estudio se trabajó con medios granulares, comparando la variación del comportamiento del flujo al usar materiales normales (que al comprimir un lado, se expanden en la dirección opuesta) versus a los materiales con un comportamiento elástico auxético.
En la imagen se observa la diferencia en el comportamiento de un grano regular versus un grano de un material auxético al ser comprimido.
“Como no existían muchos modelos de este tipo de comportamiento, nos propusimos estudiar desde el punto de vista experimental y con simulaciones numéricas sencillas el comportamiento de estos materiales. Lo primero que concluimos es que lo reología de los granos, no depende del tipo de material del que están hechos ya que el flujo promedio de un sistema granular es similar en ambos. Sin embargo, el comportamiento auxético genera grandes diferencias en la fluctuación en el sistema, por lo que se puede modificar de manera importante las respuestas mecánicas en ellos”, explica el investigador.
Para entenderlo mejor podemos pensar en la descarga de un silo, que tiene un medio granular en su interior. Los gránulos de materiales normales tienden a grandes fluctuaciones en las que se forman arcos de fuerza que atascan y generan un bloqueo que impide el flujo del material. Para disolverlos es necesario aplicar mucha presión sobre el sistema. Esto mismo podemos observar en casa, cuando usamos un embudo y un medio granular como azúcar, que tiende a quedarse atascada.
Sin embargo, los investigadores demostraron que con materiales auxéticos, estas fluctuaciones se producen más frecuentemente, pero son de menor magnitud por lo que rápidamente se rompen las cadenas de fuerza y tiende a menores niveles de atascamiento del material.
En esta imagen se observa el impacto en el flujo granular al usar un material normal, un material compuesto en un 50% por granos normales ,y la otra mitad por auxéticos y por último en un material 100% auxético.
“Lo que es interesante es que basta con agregar una pequeña fracción de materiales auxéticos en un medio granular normal para fluidizar todo el material. Entonces es una técnica relativamente sencilla que podría aplicarse a la descarga de silos eliminando el problema del jamming o atascamiento, en que las cadenas de fuerza disminuyen su performance”, explica el investigador.
