Новый показатель призван способствовать решению различных задач в области материаловедения - начиная от разработки более качественных красок для 3D-печати, создания носимой гибкой электроники и датчиков, точной печати биомедицинских имплантатов и заканчивая борьбой с оползнями и лавинами и даже улучшением текстуры обработанных пищевых продуктов и средств личной гигиены., сказали исследователи.

Команда инженеров-химиков из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн добилась значительных успехов в понимании того, как мягкие материалы не поддаются воздействию силы. Однако связать крупномасштабные наблюдения команды с тем, что происходит на микромасштабном уровне, по-прежнему не удавалось.

В своем исследовании исследователи из U. of I., сотрудничающие с командами Аргоннской национальной лаборатории, Университета Джона Хопкинса и Оттавского университета, объясняют эту взаимосвязь с помощью нового показателя, который они называют "коэффициентом корреляции".

Полученные результаты опубликованы в журнале Труды Национальной академии наук.

Команда использовала мощный метод микроскопии, называемый рео-рентгеновской фотонной корреляционной спектроскопией, для изучения зависимостей структуры и свойств мягких материалов в режиме реального времени.

По словам исследователей, Rheo-XPCS - один из немногих методов, который позволяет исследователям проводить рентгеновский анализ материала в процессе его деформации, одновременно измеряя его с помощью реометров - устройств, которые измеряют напряжение и деформацию - непосредственно в соответствии с лучом рентгеновского излучения.

"С точки зрения материаловедения, мы не смогли отличить, когда материал переходит из состояния твердого вещества в состояние жидкости в микроструктурном масштабе", - сказал профессор химической и биомолекулярной инженерии из Иллинойса Саймон Роджерс, который руководил проектом. "Rheo-XPCS в Аргоннской национальной лаборатории дает нам беспрецедентный взгляд на микромасштабное поведение мягких материалов, подверженных нагрузкам".

В лаборатории команда работала с материалом под названием мягкое коллоидное стекло, представляющим собой неупорядоченную систему наночастиц, изготовленных из кремнезема.

"Мы называем это мягким материалом, потому что взаимодействия между частицами делают его своего рода мягким - как если бы связку воздушных шариков с водой сдвинули вместе, чтобы сформировать материал", - сказал Гэвин Донли, первый автор исследования и бывший аспирант Иллинойса, ныне работающий в Джорджтаунском университете. "Мы использовали этот специфический материал, потому что он обеспечивает сильный рентгеновский сигнал, который мы можем записывать во время одновременных макроскопических измерений".

Этот метод позволил исследователям, наконец, засвидетельствовать прямую связь между микроскопическими перемещениями и макроскопическим поведением, позволив им определить поведение с помощью математических терминов.

"Разбираться в деталях этой проблемы - это шаг вперед, так что будущие исследователи, которые хотят разрабатывать новые мягкие материалы, могут сделать это, настраивая различные параметры микромасштабирования, чтобы получить желаемые свойства на макроуровне", - сказал Донели. "Мы еще не совсем достигли цели, но мы показали четко определенную математическую корреляцию между микро- и макромасштабом".

Министерство энергетики, Национальный научный фонд и Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады поддержали это исследование.