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Scherverdickung (Dilatanz)

1885
  • Osborne Reynolds
Forscher bei der Demonstration des Scherverdickungsverhaltens von Maisstärke-Wasser-Gemisch in der Mechanik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Scherverdickung oder Dilatanz ist eine nicht-Newtonsch Verhalten, bei dem Viskosität nimmt mit der Geschwindigkeit der Scherbeanspruchung zu. Ein klassisches Beispiel ist eine Suspension von Maisstärke in Wasser (Oobleck), die sich bei langsamem Rühren flüssig anfühlt, aber bei schnellem Schlagen oder Rühren fast fest wird. Dieses Phänomen wird durch das Verklemmen der suspendierten Teilchen unter hoher Scherung verursacht.

Der Mechanismus, der der Scherverdickung in konzentrierten Suspensionen zugrunde liegt, wird häufig auf Hydroclusterbildung und Verklemmung zurückgeführt. Bei niedrigen Schergeschwindigkeiten werden die suspendierten Teilchen durch die umgebende Flüssigkeit geschmiert und können sich relativ leicht aneinander vorbeibewegen. Mit zunehmender Scherrate werden die Teilchen enger zusammengedrängt. Die schmierende Flüssigkeitsschicht zwischen ihnen wird dünner, und starke, kurzreichweitige hydrodynamische Kräfte führen dazu, dass die Teilchen vorübergehend Cluster oder "Hydrocluster" bilden.

At a critical shear rate, these hydroclusters can percolate across the system, forming a rigid, stress-bearing network that spans the fluid. This transition from a flowing state to a jammed, solid-like state is what causes the dramatic increase in Viskosität. This process is reversible; when the high shear stress is removed, the particle network breaks apart, and the material returns to its fluid state. This property is exploited in technologies like liquid body armor, where a flexible material containing a shear-thickening fluid instantly becomes rigid upon the high-speed impact of a projectile, dissipating the energy and protecting the wearer.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Wesentliche

Verwendung

Nische/Spezialisiert

Vorläufer

  • Beobachtungen über das Verhalten von nassem Sand durch Osborne Reynolds
  • Untersuchungen an konzentrierten kolloidalen Suspensionen
  • Entwicklung von Rheometern zur Untersuchung von Hochscherphänomenen

Anwendungen

  • flüssiger Körperschutz (z. B. D3O), der beim Aufprall aushärtet
  • Traktionskontrollsysteme, bei denen die Flüssigkeit dicker wird, um ein Differential zu sperren
  • Schlaglochfüllmaterialien, die in Risse fließen, aber unter Verkehrsdruck aushärten
  • Schutzausrüstung für den Sport
  • Erdbebendämpfer für Gebäude

Patente:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Potenzielle Innovationsideen

  • adaptive Sportschuhsohlen, die sich beim Aufprall versteifen und so für besseren Halt sorgen
  • intelligente Straßenunebenheiten, die bei niedrigen Geschwindigkeiten weich, bei hohen Geschwindigkeiten jedoch hart sind
  • Schutzhüllen für Elektronik, die flexibel sind, aber beim Herunterfallen verhärten
  • kindersichere Materialien, die sich weich anfühlen, aber plötzlichen Kräften standhalten
  • wiederverwendbare Gussformen, die zum Gießen flüssig sind, sich aber zur Handhabung verfestigen
  • Schalldämpfungsplatten, die sich versteifen, um laute, plötzliche Geräusche zu absorbieren
  • intelligente Betonmischungen, die schnellen seismischen Scherkräften standhalten
  • Handschuhe für den Umgang mit empfindlichen Gegenständen, die sich versteifen, wenn der Griffdruck zu hoch wird
Verwandt mit: Scherverdickung, Dilatant, Oobleck, Maisstärke, Viskosität, Rheologie, flüssige Körperpanzerung, Verklemmung.

Historischer Kontext

Scherverdickung (Dilatanz)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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