国家标准与技术研究所的查德·鲍廷 在这位艺术家的构思中，来自NIST中子研究中心(NCNR)的小角中子散射实验的数据形成了一个彩色背景，透明球体代表蠕虫状胶束的一部分，蠕虫状胶束是肥皂中常见的一种微小结构
更高强度的中子散射(红色区域)表明，胶束与通过NCNR毛细管流变仪的流动方向紧密对齐，就像管中的牙签一样排列
胶束是许多物质之一，这些物质在极端流动条件下的特性可以通过新的研究工具得到更好的理解
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墨菲/NIST 孩子们喜欢通过吸管啜饮饮料的循环吸管与尖端科学有什么共同之处？问问美国国家标准与技术研究所(NIST)的瑞恩·墨菲和他的同事们，他们的团队已经想出了一个创造性的方法来探索极端条件下流体的特性
该团队发明了一种装置，可以以汽车在乡村州际公路上飞驰的速度——大约每小时110公里——推动液体通过一根狭窄的管子
对于公路旅行者来说，这听起来可能不会太快，但是管子的内径通常是100微米——大约是一根头发的厚度
放大后，这就像一列火车飞速穿过地铁隧道，速度是火箭进入轨道速度的100倍
更有趣的是，一米长的管子像弹簧一样盘绕起来，所以液体在一个又一个三厘米宽的环中翻滚，就好像飞速行驶的地铁是一个从始至终翻筋斗的快速过山车
安装在NIST中子研究中心(NCNR)，该团队的设备将做一些严肃的科学，对许多行业有潜在的巨大回报
已经签约使用该设备的公司范围从制药商和石油勘探者到化学制品制造商
所有这些企业都生产或使用含有纳米颗粒等复杂物质的流体，这些公司需要知道当流体在高压下被迫通过狭窄通道时，流体的结构会发生什么变化
这就是被称为毛细管流变仪的装置所要探索的
NCNR产生中子流，这些中子从复杂的分子上反弹回来，向一种叫做小角度中子散射探测器的仪器揭示它们的结构
盘管被设置成使得中子束穿过它和它携带的流体
管子里的卷曲物并不是用来给液体带来刺激的；他们将快速移动的液体暴露在中子束中足够长的时间，以获得有用的数据
试管中的情况类似于药物通过针头注射时的情况，或者洗发水从瓶盖喷出时的情况
流体可能只在短时间内经历这种情况，但对于复杂且有时易碎的材料，这足以影响其与流动相关的或流变性质，有时是以显著的方式
“我们不知道这些流体在极端条件下的结构，”墨菲说
“当它们移动缓慢时很容易测试，但当你在高压下快速泵出它们时，你想知道它们会做什么
" 该设备的描述和一些初步研究表明，它的潜力出现在期刊软物质作为一个特色文章
本文提供了毛细管流变仪在高剪切速率下揭示流体粘度或流动阻力变化的例子
当液体沿着墙壁快速流动时，剪切效应出现，这减慢了流体接触它的部分并引起应力
这些影响会扭曲它的成分，这种方式到目前为止还很难研究
研究小组探索的第一批材料之一是一种相对较新的治疗性蛋白质，称为单克隆抗体
这些单克隆抗体分子显示出治疗癌症和自身免疫性疾病的前景，但科学家仍在研究它们的行为
当它们流动时，由于某些原因，其中一些易于结块，当产品被注射到患者体内时，这个问题可能会危及产品
墨菲说:“我们以很高的速度测量了单克隆抗体，这应该会使蛋白质变形或变性，但我们没有看到这种情况发生。”
“我们仍然不确定是什么导致单克隆抗体随着时间的推移而聚集，但我们已经排除了针头中的压力是原因
因此，我们可以继续探索其他潜在的原因
" 该小组研究的另一种物质是表面活性剂(肥皂是一个常见的例子)，它可以改变油的粘度，比如你皮肤中分泌的油
它们通常用于洗发香波中，但勘探者也用它们来从地下难以到达的地方开采石油和天然气
在微观尺度上，表面活性剂形成微小的蠕虫状结构，称为胶束，当你通过管道泵送它们时，它们会相互排列，但随着流速的增加，排列开始中断
墨菲说:“这种排列在我们能够发现的特定点达到顶峰。”
“关于为什么会发生这种情况，我们有一些理论，毛细管流变仪正在帮助我们完善它们
" 该设备是NIST测量科学创新项目支持的五年努力的结果，该项目为NIST研究人员提出的“最具创新性、高风险和变革性的测量科学理念”提供资金
毛细管流变仪将提供给访问NCNR进行中子实验的研究人员，包括国家科学基金会联盟的成员
该联盟帮助向美国提供技术和专业知识
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-工业研究人员使用中子研究“软”材料，从生物降解塑料到复合材料和生物制药
“我们很高兴能帮助探索复杂流体的特性，”墨菲说
“在未来，我们希望找到将我们的设备与x光和其他类型的光相结合的方法，这样我们就可以看到纳米尺度上发生的更多事情
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