Лосьйони та гелі мають «механічну пам’ять»

У новому дослідженні, опублікованому в Physical Review Letters, продемонстровано, що м’які склоподібні матеріали, такі як гелі та лосьйони, зберігають «механічну пам’ять» процесу змішування набагато довше, ніж вважалося.

Використовуючи реометр, дослідники Массачусетського технологічного інституту протестували залишкову пам’ять м’яких матеріалів, таких як гель для волосся, зображених тут. Фото: Массачусетський технологічний інститут

Крістал Оуенс з MIT розробила протокол вимірювання залишкових напружень у гелеподібних речовинах за допомогою стандартного реометра. Вона показала, що після досягнення однорідного стану матеріали все ще утримують приховані напруження, які можуть проявлятися навіть через кілька днів. Як зазначає дослідниця, «матеріал може ефективно пам’ятати, в якому напрямку його змішували і як давно».

Результати свідчать, що різні типи гелів — від лосьйонів до кремів для гоління — поводяться по-різному саме через цю пам’ять. Виробничі процеси, які здавалися «ідентичними», насправді залишають приховані напруження, що впливають на стабільність і консистенцію продуктів. «Це одна з причин, чому різні партії косметики чи продуктів харчування поводяться по-різному», — підкреслює Оуенс.

Механізм пояснюється особливою природою м’яких склоподібних матеріалів: вони поєднують властивості твердих і рідких тіл. Після змішування такі системи перебувають у тонкій рівновазі, яка поступово порушується залишковими напруженнями. Це частково пояснює, чому лосьйони чи креми з часом можуть розшаровуватися.

Оуенс також розробила модель, що передбачає поведінку матеріалів з урахуванням їх залишкової напруги. Це відкриває шлях до створення речовин із «короткочасною пам’яттю», які довше зберігатимуть стабільність. Прикладом практичного застосування є асфальт: приховані напруження, що виникають під час його змішування, можуть сприяти утворенню тріщин у дорожньому покритті. Зменшення цих напружень на етапі виробництва потенційно зробить дороги міцнішими та довговічнішими.

Таким чином, розуміння й контроль механічної пам’яті м’яких матеріалів є не лише цікавим з фізичної точки зору, а й корисним для вдосконалення як споживчих товарів, так і інфраструктурних матеріалів.