Как палочки превращают жидкость в гель экспресс
В стакане воды с заряженными палочками целлюлозы (такие получают из древесины) происходит любопытное превращение. Пока палочки отталкиваются друг от друга, смесь течёт как жидкость. Но стоит добавить соль — и отталкивание ослабевает, палочки начинают слипаться и образуют пространственную сетку: жидкость застывает в гель.
После сильного перемешивания гель разрушается, но со временем восстанавливается. Исследователи следили за этим восстановлением, измеряя, как материал реагирует на слабые колебания. Оказалось, что в определённый момент — его называют критической точкой гелеобразования — свойства меняются скачком: до точки смесь ведёт себя как жидкость, после — как упругое тело. При этом все кривые, снятые в разное время, можно наложить друг на друга, если правильно растянуть оси. Это говорит о самоподобии процесса: сетка растёт одинаково на всех масштабах, как снежинка, повторяющая свой узор.
Учёные варьировали количество палочек и соли и обнаружили границу между двумя состояниями: гелем и «привлекательным стеклом» — плотной, но неупорядоченной упаковкой. Вблизи границы поведение материала меняется резко. Интересно, что динамика до и после точки гелеобразования несимметрична: разрушение и восстановление идут по-разному. Это отличает палочки от сферических частиц, где переход более симметричен.
Такие знания помогут создавать биоразлагаемые гели из наноцеллюлозы — для загустителей, покрытий или даже медицинских повязок.
Палочки целлюлозы в воде могут образовывать гель даже при содержании всего 1% по массе — остальное вода.