Kristalvorming in elektro-reologische vloeistoffen

Momenteel wordt veel onderzoek verricht naar vloeistoffen die in een elektrisch veld plastische eigenschappen krijgen.

Deze elektro-reologische vloeistoffen bestaan uit suspensies van kleine deeltjes in een niet-geleidende vloeistof. Over de oorzaak van hun gedrag is nog weinig bekend. Men denkt dat de deeltjes in het elektrische veld een positieve en een negatieve pool krijgen en dat die dipolen zich dan tot ketens en dikkere structuren samenvoegen. Maar door de ondoorzichtigheid van de vloeistoffen is het moeilijk te zien wat er precies op microscopisch niveau gebeurt.

Onderzoekers van Southern Illinois University in Carbondale (VS) hebben nu een ER-vloeistof bestudeerd die bestaat uit een suspensie van glazen microbolletjes met zeer uniforme diameter (20 of 40 micrometer). Hoewel zulke bolletjes strikt genomen geen goede ER-vloeistof opleveren, lijken ze wel goed hun structuur weer te geven. De vloeistof werd "doorgelicht' met behulp van laserstraling, waarbij er door de meervoudige lenswerking van de bolletjes een bepaald diffractiepatroon ontstaat.

Uit het diffractiepatroon leiden de onderzoekers af dat de microbolletjes zich onder invloed van het het elektrische veld in de vorm van kristalroosters gaan rangschikken. Ze vormen dan zogeheten inwendig gecentreerde, tetragonale kristalroosters. Deze ontdekking bevestigt wat een van de onderzoekers een jaar eerder had gesuggereerd op grond van theoretische overwegingen. Bij deze kristalstructuren zouden de grenslagen tussen deeltjes en vloeistof namelijk een minimale inwendige energie hebben en dat is een toestand waar de natuur altijd naar streeft (Phys. Rev. Letters 68, p. 2555).

Deze waarnemingsresultaten vormen tevens een ondersteuning van de theorie dat het gedrag van een e-reologische vloeistof berust op de interacties van dipolen. Toch is hiermee nog niet duidelijk gemaakt hoe de dipolen zelf ontstaan; dit zou zelfs van vloeistof tot vloeistof kunnen verschillen. De Britse onderzoekers M. Whittle en W.A. Bullough, van de universiteit van Sheffield, menen dat er mede daarom nog een grote kloof gaapt tussen de laboratoriumproeven en de wereld van de praktijktoepassingen (Nature 358, p. 373).

Het plastisch worden van een E-vloeistof gebeurt in milliseconden en is omkeerbaar. Dit maakt deze vloeistoffen onder andere interessant als koppelingsmedium tussen snel bewegende onderdelen van bijvoorbeeld machines. De vloeistoffen worden dan echter onderworpen aan zeer grote krachten en het is nog maar de vraag in hoeverre het systeem van vloeistof en deeltjes dan stabiel blijft. Hier zou nog veel onderzoek naar moeten worden gedaan.