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せん断増粘(ダイラタンシー)

1885
  • Osborne Reynolds
Researcher demonstrating shear-thickening behavior of cornstarch-water mixture in mechanics.

(画像はイメージです)

せん断増粘、または膨張とは、 非ニュートン力学 動作 粘度 increases with the rate of せん断応力典型的な例として、コーンスターチを水に懸濁させたもの(ウーブレック)が挙げられます。ゆっくりかき混ぜると液体のように感じますが、叩いたり速くかき混ぜたりするとほぼ固体になります。この現象は、懸濁粒子が強いせん断力によって凝集することによって引き起こされます。

濃縮懸濁液におけるせん断増粘のメカニズムは、しばしばハイドロクラスター形成とジャミングに起因すると考えられています。低せん断速度では、懸濁粒子は周囲の液体によって潤滑され、比較的容易に互いにすり抜けることができます。せん断速度が増加すると、粒子は互いに接近します。粒子間の潤滑流体層が薄くなり、強い短距離の流体力によって粒子は一時的なクラスター、すなわち「ハイドロクラスター」を形成します。

臨界せん断速度では、これらのハイドロクラスターがシステム全体に浸透し、流体全体にわたって剛性の高い応力支持ネットワークを形成します。流動状態から固まった固体のような状態へのこの遷移が、粘度の劇的な増加を引き起こします。このプロセスは可逆的であり、高いせん断応力が除去されると、粒子ネットワークは崩壊し、材料は流体状態に戻ります。この特性は、液体防弾チョッキなどの技術に利用されています。液体防弾チョッキでは、せん断増粘流体を含む柔軟な材料が、高速で飛来する物体の衝撃を受けると瞬時に剛性化し、エネルギーを散逸させて着用者を保護します。

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

物理的資産

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • Observations of the behavior of wet sand by Osborne Reynolds
  • 濃縮コロイド懸濁液の研究
  • 高せん断現象を研究するためのレオメーターの開発

アプリケーション

  • 衝撃で硬化する液体防弾チョッキ(例:d3o)
  • トラクションコントロールシステムでは、流体が粘度を増してディファレンシャルをロックします。
  • 路面のひび割れに流れ込むが、交通圧で硬化する路面補修材
  • スポーツ用保護具
  • 建物の耐震ダンパー

特許:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連用語: せん断増粘、ダイラタント、ウーブレック、コーンスターチ、粘度、レオロジー、液体ボディアーマー、ジャミング。

歴史的背景

せん断増粘(ダイラタンシー)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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