في كأس ماء يحتوي على قضبان سليلوز مشحونة (تُستخرج من الخشب)، يحدث تحول مثير للاهتمام. ما دامت القضبان تتنافر مع بعضها، ينساب المزيج كسائل. لكن بمجرد إضافة الملح — يضعف التنافر، وتبدأ القضبان بالتصاق بعضها ببعض وتكوين شبكة مكانية: يتجمد السائل في هلام.
بعد التحريك القوي، ينهار الهلام لكنه يتعافى مع مرور الوقت. تابع الباحثون هذا التعافي بقياس استجابة المادة لاهتزازات ضعيفة. اتضح أنه في لحظة معينة — تُسمى النقطة الحرجة للتجلط — تتغير الخواص قفزة: قبل النقطة، يبدو المزيج كسائل؛ وبعدها، كجسم مرن. والأهم أن جميع المنحنيات المسجلة في أوقات مختلفة يمكن تطابقها إذا مددنا المحاور بشكل صحيح. هذا يشير إلى التشابه الذاتي للعملية: الشبكة تنمو بنفس الطريقة على جميع المقاييس، مثل ندفة الثلج التي تكرر نمطها.
نوّع العلماء كمية القضبان والملح واكتشفوا حدودًا بين حالتين: الهلام و«الزجاج الجاذب» — ترتيب كثيف لكن غير منتظم. بالقرب من الحدود، يتغير سلوك المادة بشكل حاد. والمثير للاهتمام أن الديناميكا قبل نقطة التجلط وبعدها غير متماثلة: التدمير والتعافي يسيران بطرق مختلفة. وهذا يميز القضبان عن الجسيمات الكروية، حيث يكون التحول أكثر تماثلًا.
هذه المعرفة ستساعد في إنشاء هلامات قابلة للتحلل الحيوي من النانوسليلوز — للمكثفات أو الطلاءات أو حتى الضمادات الطبية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.11366
Charged colloidal particles can self-assemble into gel networks upon screening of electrostatic repulsion by added salt. While gelation of spherical colloids has been extensively studied, much less is known about the gelation dynamics of anisotropic colloids. Here, we focus on cellulose nanocrystals (CNCs) as prototypical rigid, highly charged rod-like colloids. In aqueous solution with salt, CNCs display a rich phase diagram ranging from gel at low solid content to glassy phases at higher concentrations. Building on our previous work [Morlet-Decarnin et al., ACS Macro Lett., 2023, 12, 1733], we present an extensive study of the mechanical recovery dynamics of CNC suspensions following a strong shear. Time-resolved mechanical spectroscopy reveals a liquid-to-solid transition characterized by a well-defined critical gel point. The evolving viscoelastic spectra can be rescaled onto master curves, demonstrating a time-connectivity superposition principle and critical dynamics on both sides of the gel point. By varying the CNC weight fraction and salt concentration, we identify a boundary between gel and attractive glass states marked by clear changes in rheological observables, including the elastic and viscous moduli at the gel point and their high-frequency power-law exponents. Analysis of dynamic critical exponents and hyperscaling reveals pronounced asymmetry between pre-gel and post-gel dynamics and non-universal values of the dynamic exponent. These findings highlight gelation mechanisms specific to highly charged rod-like colloids and call for complementary microstructural characterization and theoretical modeling.
قضبان السليلوز في الماء يمكن أن تشكل هلامًا حتى عند محتوى 1% فقط بالكتلة — والباقي ماء.