要約：
材料が流れることができないジャミングは、粒状材料、コロイド、生物組織を含むソフトマターシステムにおけるユビキタスな現象です。ジャミングの理解と防止は、医薬品や化粧品の流れ、食品の加工、ソフトロボット材料の設計など、さまざまな用途にとって重要です。広範な研究にもかかわらず、妨害を予測し、それを回避するための戦略を導くことができる包括的な理論的枠組みはまだ不足しています。ここでは、流体材料の詰まりに関与する顕微鏡メカニズムをキャプチャする理論モデルを開発します。私たちのモデルは、材料の微細構造が硬く相互接続されたネットワークを発達させ、粒子が互いに流れるのを防ぐときに詰まりが発生することを明らかにしています。これらのネットワークの形成を制御する重要なパラメーターを特定し、これらのパラメーターの関数として妨害確率の分析式を導き出します。私たちのモデルは、幅広いソフトマターシステムでの詰まりを理解して予測し、粒子形状の最適化、粒子相互作用の制御、外部フィールドの適用など、詰まりを避けるための戦略を設計する強力なツールを提供します。
はじめに：
ジャミングは、流体材料が流れる状態から固体のような状態への移行を受ける現象であり、そこで材料が流れられません。この移行には、材料の粘度と弾力性の劇的な増加が伴うことがよくあるため、操作または処理が困難または不可能になります。ジャミングは、粒状材料、コロイド、生物組織など、広範囲のソフトマターシステムで一般的に観察されます。ジャミングの理解と防止は、医薬品や化粧品の流れ、食品の加工、ソフトロボット材料の設計など、さまざまな用途にとって重要です。
理論モデル：
私たちの理論モデルは、粒子が材料内で移動するために利用できる空間であるフリーボリュームの概念に基づいています。ジャミングは、自由量が小さすぎて粒子が互いに転倒して流れるようにすると発生します。粒子の除外された体積とそれらの間の相互作用を考慮することにより、自由量を計算します。自由体積は、粒子の形状、粒子の相互作用、および材料に適用される外部フィールドに依存することを示します。
ジャミング確率：
フリーボリュームの計算に基づいて、剛性のある相互接続されたネットワークの形成を制御する重要なパラメーターの関数として、ジャミング確率の分析式を導き出します。これらのパラメーターには、粒子体積分率、粒子形状、粒子間相互作用、および外部フィールドが含まれます。私たちのモデルは、粒子体積分率、非球形粒子形状、魅力的な粒子間相互作用、および外部フィールドの欠如とともに、妨害確率が増加すると予測しています。
ジャミングを避けるための戦略：
私たちのモデルは、液体材料の詰まりを避ける方法に関する洞察を提供します。ジャミングを制御する重要なパラメーターを操作することにより、妨害する可能性が低い材料を設計したり、既存の材料の詰まりを防ぐための戦略を開発することができます。たとえば、アスペクト比が高い粒子を使用したり、外部フィールドを適用して妨害確率を減らすことができます。
結論：
結論として、液体材料の妨害を理解するための理論モデルを開発しました。私たちのモデルは、ジャミングの原因となる顕微鏡メカニズムを明らかにし、重要なパラメーターの関数としてのジャミング確率の分析的表現を提供します。このモデルは、幅広いソフトマターシステムでの妨害を予測し、詰まりを避けるための戦略を設計するための強力なツールを提供します。これは、業界やテクノロジーのさまざまなアプリケーションに重要な意味を持ちます。
