统一物理理论解释了材料如何从固体转变为液体

蜗牛脚底的粘液层是软性材料的一个例子，它对压力的屈服程度达到一定程度，然后会流动。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员在一项新的研究中简化了这一行为，这就是帮助蜗牛移动而不出现不方便的滑动的原因，与许多其他天然和合成材料类似，从泥巴到使牙膏在挤压时流动的添加剂。

由伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校化学和生物分子工程教授西蒙罗杰斯领导的这项研究公布了一个统一的数学表达式，它定义了软而坚硬的材料在超过其特定的应力阈值时如何从固体过渡到液体流动。该研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。

"传统上，屈服应力流体的行为被定义为试图结合两种不同类型的材料的物理学：固体和液体，"主要作者库塔斯·卡曼尼说，他是伊利诺伊大学的化学和生物分子工程研究生。"但是现在，我们已经表明，这些物理状态--固体和液体--可以在同一材料中共同存在，而且我们可以用一个数学表达式来解释它。"

牙膏在被挤压的时候会流动，这使得它被研究人员称为产量-应力流体。

为了开发这个模型，该团队进行了大量的研究，使各种不同的软质材料承受压力，同时用一种叫做流变仪的设备测量各个类似固体和液体的应变反应。

罗杰斯说："我们能够观察到一种材料的行为，并看到固态和液态之间的连续过渡，"他也是伊利诺伊大学贝克曼先进科学技术研究所的一名成员。"传统的模型都描述了从固体到液体的行为的突然变化，但是我们能够解决两种不同的行为，反映了通过固体和液体机制的能量耗散。"

该研究报告称，这一发展给研究人员提供了一个简单的模型，使其更容易进行大规模的计算，如模拟和预测泥石流和雪崩等灾难性事件所需的计算。

"现有的模型在计算上很昂贵，研究人员需要在数字上挣扎，以使计算尽可能地准确，"罗杰斯说。"我们的模型很简单，而且更准确，我们已经通过许多概念验证实验证明了这一点。"

研究人员说，对于那些调查地球物理流动、废物修复以及新材料开发、3D打印和废物运输成本最小化等工业过程的人来说，流体的复杂产量-应力研究是一个热门话题。"我们的模型定义了一个固体到液体行为的基本例子，但我认为它将作为一个跳板，让研究人员在定义更复杂的屈服应力流体现象方面取得重大进展。"