研究表明粗糙的微粒是如何引起大问题的
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北卡罗莱纳州立大学、麻省理工学院和密歇根大学的一项新研究发现，液体悬浊液中的微粒表面结构会引起内摩擦，从而显著改变悬浊液的粘度——有效地使液体变稠或变薄。这一发现可以帮助从生物制药到化学制造等领域的公司解决问题。
北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授、该研究论文的第一作者Lilian Hsiao表示:“我们听说了一些公司在泵抽悬浮方面遇到的问题，并开始对这些问题的原因感到好奇。”“考虑到这些类型的流体在行业中无处不在，我们很惊讶之前没有人系统地研究过表面粗糙度的作用。这是这些充满颗粒的流体如何流动的一个非常重要的因素。”
通过模拟和实验室实验的结合，研究人员发现，减慢悬架速度的是摩擦力。具体来说，当悬浮在液体中的足够多的粒子相互碰撞时，摩擦力就变得非常重要。粒子的表面越粗糙，它们接触时产生的摩擦力就越大。
肖教授说:“将液体悬浮物泵入一根或多根管道需要能量，而粒子间相互作用产生的摩擦会消耗掉大量的能量。”“这种消散减缓了悬浮体的运动，如果粒子非常粗糙，甚至可以完全停止它的运动。”有一段视频展示了带有粗糙颗粒的悬浮液和带有光滑颗粒的悬浮液之间的区别https://www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY．
这一发现为工业界提供了几个选择:他们可以通过设计使颗粒表面更光滑来减少摩擦，或者他们可以增加悬浮体通过管道时所需的能量。
然而，研究人员还发现，向含有粗糙颗粒的悬浮体中添加能量也会导致悬浮体膨胀。这是因为在悬浮状态下，粗糙的粒子会比光滑的粒子占据更多的空间。最终的结果是，如果悬架膨胀太大，向系统施加更多的剪应力会导致灾难性的堵塞。
肖教授说:“这是我们对流体中悬浮体的物理理解的一个根本性进步，应该可以帮助工程师和科学家解决最初引起我们注意的制造挑战。”
“我们现在正在研究如何利用我们在这里发现的原理，让摩擦对我们有利。”
纸”,剪切流动中粗糙胶体的流变状态图发表在该杂志上物理评论快报．这篇论文的共同作者是麻省理工学院的萨法·贾玛利(Safa Jamali)，以及密歇根州的埃马努伊尔·格列诺斯(Emmanouil Glynos)、彼得·格林(Peter Green)、罗纳德·拉森(Ronald Larson)和迈克尔·所罗门(Michael Solomon)。
这项工作得到了国家科学基金会1232937和美国陆军研究办公室(W911NF10-1-0518)的支持。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
《剪切流动中粗糙胶体的流变状态图》
作者: Lilian C. Hsiao，北卡罗来纳州立大学;麻省理工学院的Safa Jamali;Emmanouil Glynos, Peter F. Green, Ronald G. Larson和Michael J. Solomon，密歇根大学
发表: 10月11日,物理评论快报
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.119.158001
文摘:评估粒子粗糙度的作用集中胶体悬浮液的流变现象我们开发模型胶体与不同表面粗糙度长度尺度高达10%的粒子半径增加表面粗糙度变化的剪切增稠和膨胀对低体积分数和临界压力。实验数据由具有可调节摩擦系数的球形胶体的计算机模拟支持，表明在准牛顿流动状态下，当摩擦与润滑竞争时，增厚的起始应力会降低，第一正应力会发生符号变化。粗糙度增加了胶体的有效填充分数。随着剪切应力的增加和粗糙胶体的悬浮接近堵塞，第一个正应力开关信号和产生接触所需的临界力急剧减少。这可能是润滑膜屈服于粗糙度诱导的切向相互作用的特征，从而在流动的压缩轴上产生承载接触。
