新的图像有助于更好地预测剪切增厚
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研究人员首次能够捕捉到图像，提供了前所未有的细节，以了解当被称为剪切增稠的现象发生时，粒子在液体悬浮体中的行为。这项工作使我们能够直接理解剪切增厚背后的过程，而这一过程以前只能通过推理和计算模型来理解。
剪切增稠是当颗粒悬浮在低粘度溶液中时可能发生的现象。如果粒子的浓度足够高，那么当对溶液施加压力时，它就会变得非常粘稠——实际上就像固体一样。当压力被消除或消散时，悬浮液就会恢复到正常的液体粘度。这一现象可以在YouTube上的热门视频中看到，在这些视频中，人们可以碰到悬浮在水中的玉米淀粉溶液，但当他们站着不动时，就会沉入水中。
剪切增稠可能是一种不利因素，也可能是一种有利因素，这取决于具体情况。
例如，在从食品加工到制药制造的工业中，公司经常试图泵送高颗粒浓度的液体，以使制造过程更有效和更划算。如果这些公司没有适当考虑剪切增稠，泵送的液体可能会堵塞或堵塞，这将浪费他们宝贵的时间，并可能损坏他们的设备。
另一方面，剪切增厚的特性也可用于开发用于防弹衣等应用的吸力材料，或作为控制软机器人设备物理特性的机制。
由于这些原因，研究人员花了数年时间试图精确地理解剪切增厚是如何以及为什么发生的。然而，研究人员不得不依靠间接实验，因为他们无法捕捉到剪切增厚发生时粒子在溶液中的精确行为。直到现在。
北卡罗莱纳州立大学和东北大学的一个研究小组使用了一种定制的设备，称为共焦流变仪，当粒子暴露在压力下时，捕捉它们在溶液中的微观图像，以触发剪切增厚。计算机模拟被用来支持实验观察。
“随着压力的增加，我们能够看到粒子之间形成复杂的网络，”北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授、一篇关于这项工作的论文的通讯作者Lilian Hsiao说。“这些网络的形状取决于粒子的形状和粗糙度。具体来说，当施加压力时，邻近粒子的重新排列方式决定了它们剪切增厚的方式。
“了解粒子粗糙度、大尺度粒子和剪切增厚之间的这些相关性，让我们能够更好地预测悬浮体的剪切增厚行为。”
具体来说，研究小组开发了一种方法，可以根据颗粒的粗糙度，更准确地预测在悬浮体开始经历剪切增厚之前，对给定浓度的颗粒施加多大的应力，以及溶液会变得有多粘稠。粒子的粗糙度很重要，因为它们表面的相互作用决定了粒子在变成有效固体之前在悬浮中紧密地聚集在一起或“堵塞”的程度。
萧说:“在实际应用中，人们不需要自己捕捉剪切增厚过程中发生的事情的显微图像。”“如果他们知道溶液中粒子的粗糙度，就能确定什么样的浓度适合它们的各种应用。”
纸”,干扰距离决定胶体剪切增厚，发表于物理评论快报．这篇论文的第一作者是Shravan Pradeep，他曾是北卡罗来纳州立大学的博士生。这篇论文的合著者是前北卡罗莱纳州立大学博士后研究员艾伦·雅各布(Alan Jacob);Mohammad Nabizadeh，东北大学的一名研究生;以及东北大学工业和机械工程助理教授萨法·贾马里。
这项工作得到了国家科学基金的支持，资助项目:1804462和2104726;以及美国化学学会石油研究基金。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“干扰距离决定胶体剪切增厚”
作者北卡罗莱纳州立大学Shravan Pradeep, Alan R. Jacob and Lilian C. Hsiao;Mohammad Nabizadeh和Safa Jamali，东北大学
发表: 10月6日,物理评论快报
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.158002
文摘:我们报告了胶体悬浮体剪切增厚的动态接触网络的实验和计算观察。密集的悬浮液由空间稳定的聚(甲基丙烯酸甲酯)胶体组成，它们是球形对称的，具有不同的表面粗糙度。共焦流变仪和耗散粒子动力学模拟结果表明，剪切增厚强度β随尺度赤字接触数和尺度干扰距离呈指数变化。粗糙胶体，经历额外的旋转约束，需要比光滑胶体平均少1.5-2个粒子接触，以产生相同的β。这是因为表面粗糙度在某种程度上增强了几何摩擦，粗糙的胶体在靠近干扰点的自由体积上不会发生很大的变化。可得自由体积与剪切干扰时最近邻数不足有关。我们的结果进一步表明，对于不同形貌的粒子，每次接触的力是不同的。
