Cyclically sheared colloidal gels: structural change and delayed failure time
本研究通过实验与模拟探究循环剪切下胶体凝胶的多尺度行为，揭示剪切引发的结构变化、屈服与应变硬化特性，证实应变硬化可提升凝胶稳定性且该响应具有各向异性。
2025-06-17 cond-mat.soft
Shear induced tuning and memory effects in colloidal gels of rods and spheres
剪切历史在确定胶体凝胶的线性和非线性流变响应中起着重要作用，并且可以用于调整其结构和流动性质。胶体颗粒纵横比的增加降低了临界体积分数的凝胶化由于颗粒排除体积的增加。使用流变学和共聚焦显微镜的组合，我们调查的稳定和振荡的预剪切历史上的结构和流变性的胶体凝胶形成的二氧化硅球和杆的长度L和直径D（L/D = 10）分散在11 M氯化铯溶液的效果。我们使用无量纲梅森数Mn（= F_visc./ F_attr.）比较稳定和振荡预剪切对凝胶粘弹性的影响。我们发现，在中间锰预剪切后，有吸引力的球凝胶表现出加强，而有吸引力的棒凝胶表现出减弱。有吸引力的棒的凝胶的流变成像表明，在中间Mn，振荡预剪切诱导大的紧凑的棒簇的凝胶微结构中，相比稳定的预剪切。我们的研究突出了颗粒形状对流动和剪切停止后的粘弹性下的凝胶结构的影响。
2022-07-11 cond-mat.soft
Colloidal Gels Tuned by Oscillatory Shear
我们研究微观结构和机械的变化，发生在振荡剪切流动和改造后停止流动的中间体积分数的胶体凝胶使用流变学和布朗动力学（BD）模拟。使用模型耗尽胶体-聚合物混合物，其包括添加非吸附性线性聚合物链的硬球胶体悬浮液。结果表明，三个不同的制度取决于振荡剪切的应变振幅。大的剪切应变幅度完全破坏结构，这导致流动停止后形成更均匀和更强的凝胶。中间的应变幅度致密的集群，并导致高度不均匀和弱凝胶。将凝胶剪切到甚至更低的应变幅度产生更少的异质性更强的固体。这三个制度的剪切连接到微观剪切引起的结构不均匀性。与定常剪切流的比较表明，后者不产生结构的不均匀性大的振荡剪切。因此，振荡剪切是一种更有效的方式来调整胶体凝胶的机械性能。此外，在大的应变振幅下预剪切的胶体凝胶表现出明显的非线性响应，其特征主要是由一个单一的屈服过程，而在那些在较低的速率下预剪切的两个步骤的屈服过程是促进由于高度异质结构的创建。
2017-07-10 cond-mat.soft
Imprinting Macroscopic Fracture during Gelation: A Mechanism for Tuning Colloidal Gels
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（法国国家科学研究中心物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究发现非线性剪切可永久改变胶体凝胶的粘弹性质，通过印刻宏观裂纹模式调节其性能。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermo-Rheological Memory of $κ$-Carrageenan Fluid Gels Formed Under Flow
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Nestlé Research（雀巢研发中心）
研究揭示了κ-卡拉胶流体凝胶在流动下的流变记忆现象，通过流变学和共聚焦显微镜分析，发现剪切与粒子间粘附的竞争作用，建立了调控流体凝胶性质的新框架。
2026-03-17 cond-mat.soft
Timescales in creep and yielding of attractive gels
通过流变仪结合局部速度测量，研究了粗糙边界条件下胶态凝胶的应力诱导屈服情况。在施加的剪切应力下，由悬浮在矿物油中的有吸引力的炭黑颗粒制成的凝胶的流化被示出涉及先前未报道的剪切速率响应$\dot γ(t)$，其特征在于由两个明确定义的和分离的时间尺度$τ_c$和$τ_f$。首先，$\dot γ(t)$以弱幂律衰减，这强烈地使人联想到在许多晶体和非晶态固体中观察到的主要蠕变，即所谓的“安德拉德蠕变”。“我们表明，体积变形在微米尺度上保持均匀，这表明，如果发生塑性事件或存在任何剪切转变区，这种现象会在较小的尺度上发生。作为本文的关键结果，该蠕变状态的持续时间$τ_c$随着粘性应力的幂律而减小，粘性应力定义为施加的应力和屈服应力之间的差，其指数范围在2和3之间，取决于凝胶浓度。该第一状态的结束以剪切速率跳跃几个数量级为标志，而凝胶作为固体块缓慢滑动，尽管边界条件粗糙，但在两个壁处经历强壁滑移。最后，剪切速率的第二次突然增加伴随着最终被均匀剪切的材料的完全流化。相应的流化时间$τ_f$稳健地遵循与所施加的剪切应力的指数衰减，如已经报道的光滑边界条件。最后，我们强调了一些功能，是共同的有吸引力的胶体凝胶和固体材料的固体破裂（动力学，纤维束和瞬态网络模型）的理论方法的框架内讨论我们的结果。
2013-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pattern Formation in Phase-Separating Gels with Spontaneous Shear
我们研究了凝胶中同时发生相分离和取向有序的斑图形成。采用具有密度-各向异性耦合的非线性弹性极小模型进行了二维数值模拟。对于强正耦合，塌陷相沿着相边界和双折射伸长，产生具有成对拓扑缺陷的折叠结构。对于负耦合，溶胀相的软弹性导致液-液相分离中的液滴形态。讨论了它们在水溶性液晶凝胶中的可能实现。
2002-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of colloidal gels: structural heterogeneity, foppy modes, and rigidity
模型胶体凝胶的流变学测量结果表明，剪切模量的胶体体积分数的变化大的变化不反映简单的结构参数，如配位数，它几乎保持不变。我们解决了这个明显的矛盾进行正常模式分析实验测得的键网络的凝胶。我们发现，凝胶的结构异质性，这导致软盘模式和非仿射-仿射交叉频率的增加，演变为体积分数的函数，是关键的理解频率依赖性的弹性。在没有任何自由参数的情况下，我们实现了与测量的机械响应的良好的定性一致。此外，我们实现普遍崩溃的剪切模量通过现象学弹簧阻尼器模型，占流体粘度，颗粒耗散之间的相互作用，并从仿射和非仿射网络变形的贡献。
2018-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Irreversible hardening of a colloidal gel under shear: the smart response of natural rubber latex gels
天然橡胶是通过加工天然橡胶胶乳获得的，天然橡胶胶乳是一种液体胶体悬浮液，在从树中渗出后迅速凝胶化。我们制备这样的凝胶酸化，在很大范围内的颗粒体积分数，并研究其流变性能。我们发现，天然橡胶胶乳凝胶表现出独特的不可逆应变硬化行为：当受到足够大的应变，弹性模量增加不可逆。硬化在很大的变形范围内进行，使得材料保持接近或略高于所施加的剪切应力的弹性模量。凝胶内的局部位移进行了研究，通过超声成像耦合到振荡流变仪，连同在硬化过程中的材料的振荡响应的傅立叶分解。我们的观察表明，硬化与不可逆的局部重排的分形结构，均匀地发生在整个样品。
2019-01-10 cond-mat.soft
The relationship between the compressional and shear strengths of poroelastic colloidal gels
强颗粒凝胶被广泛认为在压缩中表现为多孔弹性，例如在沉降中，即使它们由于颗粒的粘性而不可逆地固结。颗粒状凝胶通常具有粘性和内聚性，因此通常会产生壁效应[Michaels & Bolger（1962）]。这些在工艺工程规模上很少表现出来，尽管它们在实验室和小容器中的配制产品中可能很重要。相对而言，当非线性孔隙弹性的假设与粘合破坏（屈服）是脆性的想法相结合时，就会出现剪切强度与抗压强度之比S以及它如何随密度变化的规定。S被预测为在凝胶点的顺序统一，然后迅速增加之后。的预测是一致的实验数据，可用于稀释和浓缩凝胶，虽然更多的数据将是受欢迎的。对Condre等人（2007）最近发表的一篇关于极稀凝胶中壁效应的论文进行了评论，其中认为，除其他外，没有必要引用颗粒来解释他们的结果，简单的粘附就足够了。
2009-03-05 cond-mat.soft
Visualizing shear-induced structures in carbon black gels by tomo-rheoscopy
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（ENS-Lyon, 法国国家科学研究中心, 物理实验室）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, UMR5306（里昂第一大学, 法国国家科学研究中心, 光物质研究所）；Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut（瑞士光源, 保罗谢尔研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；International Research Laboratory, French American Center for Theoretical Science, CNRS, KITP, Santa Barbara（国际研究实验室, 法美理论科学中心, 法国国家科学研究中心, 加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）
研究通过tomo-rheoscopy揭示碳黑凝胶在剪切历史影响下的微观结构异质性，发现弹性质与剪切强度非单调相关，展示流变记忆不仅由局部粒子重排决定，还涉及宏观结构组织。
2026-03-17 cond-mat.soft
Shear Layers and Plugs in the Capillary Flow of Wormlike Micellar Gels
本文利用光学相干断层扫描测速技术研究蠕虫状胶束凝胶的管流动力学，发现强壁面滑移的柱塞流和非抛物线速度剖面，并将其解释为粘弹性瞬态流动中的流动诱导非均匀性。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Porosity governs normals stresses in polymer gels
当剪切时，大多数弹性固体如金属、橡胶和聚合物水凝胶在垂直于剪切平面的方向上膨胀。这种众所周知的行为被称为坡印廷效应，其特征在于正的法向应力。令人惊讶的是，由纤维蛋白和胶原蛋白等纤维蛋白制成的生物聚合物凝胶以及许多生物组织表现出相反的效果，在剪切下收缩并显示负的法向应力。在这里，我们表明，这种异常的行为起源于开放的网络结构的生物聚合物凝胶，这有利于在剪切过程中的间隙液流动。使用具有可控孔径的纤维蛋白网络作为模型系统，我们表明，所施加的剪切的正应力响应在短时间内是正的，但随着孔径设置的特征时间尺度减小到负值。使用双流体模型，我们开发了一种定量理论，统一了合成和生物聚合物凝胶中遇到的相反行为。合成聚合物凝胶对溶剂流是不可渗透的，因此在典型的实验时间尺度上是不可压缩的，而生物聚合物凝胶是可压缩的。我们的研究结果提出了一种新的途径来调整弹性不稳定性，如挤出胀大效应，这往往会阻碍聚合物材料的加工，并进一步表明，多孔弹性效应在细胞和组织的机械性能中发挥着比以前预期的更重要的作用。
2016-10-21 cond-mat.soft
Yield precursor in primary creep of colloidal gels
预测胶体凝胶在恒定应力下的时间依赖性屈服，使得能够控制其机械稳定性和运输。使用旋转流变仪，我们表明，剪切速率的胶体凝胶在早期阶段的变形称为初级蠕变可以预测最终屈服。无论凝胶应变软化或应变硬化，在故障前的剪切速率表现出一个特征的幂律下降作为时间的函数，不同于线性粘弹性响应。我们将这种早期行为建模为一系列不相关的局部塑性事件，这些事件是热激活的，这说明了屈服时间对所施加应力的指数依赖性。这种宏观剪切速率屈服的前兆提供了一种方便的工具，可以在实际屈服之前很好地识别凝胶的命运。
2021-12-08 cond-mat.soft
Nonlinear mechanics of colloidal gels: creep, fatigue and shear-induced yielding
胶体凝胶是由悬浮在液体中的具有吸引力的颗粒聚集而成的，其尺寸范围从10 nm到几微米。这样的凝胶在日常生活应用中是普遍存在的，从食品到油漆或建筑材料，特别是由于它们容易“产生”，即，在弱的外部载荷作用下从固体变成液体。因此，了解和控制胶体凝胶的机械响应是至关重要的。然而，根据系统的细节，所得到的凝胶网络呈现不同的微观结构组织，这可能导致广泛不同的机械响应。这提出了重要的挑战，在充分表征屈服和揭示机制的非线性响应的胶体凝胶。在本文中，我们区分两类胶体凝胶分别显示可逆屈服，其中的凝胶网络的改革后，负荷释放，和不可逆屈服，其中的网络被完全破坏，通过骨折和相分离。这种广泛的，经验的区别是通过流变学和局部实验在介观尺度，网络特征尺寸和样品尺寸之间的中间。我们进一步讨论了如何从蠕变和疲劳实验中获得的观测值可以建模，以预测屈服和突出开放的问题和未来的研究方向在该领域。
2020-11-13 cond-mat.soft
Flow states of two dimensional active gels driven by external shear
本文用最小流体动力学模型和有限元模拟研究二维活性凝胶在外剪切下的流动态，揭示剪切对伸展/收缩体系稳定性的相反作用及多种非线性状态。
2023-07-24 cond-mat.soft
Rheological investigation of gels formed by competing interactions: A numerical study
当胶体凝胶长时间暴露于稳定的剪切力下时，会发生从固体状到液体状的转变。这种现象，其特征在于由屈服点，被发现是强烈依赖于包装分数。然而，目前尚不清楚有效粒子间势如何影响这种转变。为了这个目的，我们提出了一个数值研究的平衡凝胶的流变学中，一个短程耗尽是由一个远程静电相互作用的补充。我们观察到一个单一的屈服事件的应力-应变曲线，发生在一个固定的应变。的压力过冲被发现遵循幂律依赖于Péclet数，指数大于耗尽凝胶中发现的，这表明其值可能系统地依赖于底层的胶体-胶体相互作用。我们还建立了一个映射之间的平衡态和稳定状态下的剪切，这使我们能够识别的剪切的存在引起的结构修改。值得注意的是，我们发现，对应于相同的Péclet数，通过不同的组合的剪切速率和溶剂粘度得到的稳定状态，表现出相同的结构和流变性能。我们的研究结果强调了理解胶体相互作用，溶剂效应和流动之间的耦合的重要性，能够描述剪切下的胶体颗粒的微观组织。
2019-02-07 cond-mat.soft
Microscopic Viscoelasticity: Shear Moduli of Soft Materials Determined from Thermal Fluctuations
我们描述了一种高分辨率，高带宽的技术，用于确定软材料，如聚合物凝胶的局部粘弹性。损耗和存储剪切模量的嵌入式微米级的探针粒子，用干涉显微镜观察到的热波动的功率谱确定。这提供了一个被动的，小振幅的测量流变特性在一个更广泛的频率范围比以前访问的微观流变学。我们研究F-肌动蛋白生物聚合物溶液和聚丙烯酰胺（PAAm）凝胶，模型半柔性和灵活的系统，分别。我们观察到F-肌动蛋白溶液中剪切模量的高频ω ^（3/4）标度，与PAAm的ω ^（1/2）标度相反。
1997-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-driven memory effects in carbon black gels
Univ Lyon, Ens de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学、巴黎高等师范学校里昂分校、法国国家科学研究中心、物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）
研究揭示了碳黑凝胶在剪切后固态下的结构记忆机制，通过USAXS发现其微结构在流体停止后仍保持，基于Mason数揭示两种记忆机制，为设计智能材料提供策略。
2025-11-18 cond-mat.soft
Shear-Induced Structural Convergence but Formation-History-Dependent Yielding in Sequentially Gelled Binary Colloidal Networks
Northeastern University（东北大学）
通过粒子模拟研究顺序凝胶化二元胶体网络，发现稳态剪切驱动不同初始形态趋同，但屈服行为仍依赖于凝胶化延迟时间和种间吸引力强度，表明存在持久的流变记忆。
2026-06-04 cond-mat.soft
Time-resolved microstructural changes in large amplitude oscillatory shear of model single and double component soft gels
当施加足够的变形时，软颗粒凝胶可以可逆地屈服，并且这种转变的特征可以通过设计混合水凝胶复合材料来增强或限制。虽然这些系统的微观动力学和宏观流变学已经分别详细研究，但两者之间的直接联系的发展一直很困难，特别是关于非线性流变学。为了弥补这一差距，我们进行了一系列的大振幅振荡剪切（LAOS）的数值测量模型软颗粒凝胶在不同的体积分数，使用粗粒度的分子动力学模拟。我们首先研究具有局部弯曲刚度的颗粒网络，然后将其与可以提供额外交联的第二组分结合以获得双组分网络。通过物理过程序列（SPP）框架，我们定义了时间分辨的动态模量，并通过跟踪这些模量的变化，我们可以区分作为时间的函数的材料行为的转变。这种方法有助于我们建立微观起源的非线性流变学连接的动态模量的变化，相应的微观结构的变化，包括非仿射位移的颗粒，断裂，形成和定向的债券的变形。
2022-11-07 cond-mat.soft
Simultaneous rheo-electric measurements of strongly conductive complex fluids
我们介绍了一种新的装置设计的应力控制流变仪进行剪切下的强导电复杂流体的同时流变和电气测量。通过在室温下使用无毒的液态金属，以最小的附加机械摩擦完成与旋转轴的电连接，允许同时测量低至1 Pa的应力。我们使用这种设计的能力，进行了广泛的一组由有吸引力的炭黑颗粒配制的凝胶的流变电实验，浓度范围从4到15%wt。首先，对用不同剪切历史制备的静止凝胶的实验显示出凝胶的弹性模量$G'_0$和电导率$σ_0$之间的稳健幂律缩放，即$G'_0 \sim σ_0^α$，其中$α=1.65 \pm 0.04$独立于凝胶浓度。第二，电导率测量同时进行蠕变实验揭示了第一次，塑性事件发生在散装而剪切速率降低作为一个弱的幂律时间在实验的早期阶段。随后的电导率和剪切速率的演变，使我们能够提出一个本地屈服的情况下，与以前的测速测量。最后，我们测定了炭黑凝胶的本构流变学和电学行为。首先介绍了机械测量的校正仔细扩展到电气测量，以准确区分体积和表面的贡献的导电性。作为一个说明性的例子，我们研究了五种不同等级的炭黑凝胶的本构流变电性能，并证明了新型流变电装置作为强导电复杂流体及其应用的通用表征工具的相关性。
2016-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rheological properties of acid-induced carboxymethylcellulose hydrogels
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（法国国家科学研究中心里昂师范学院物理实验室）；Univ Lyon, INSA Lyon, UCBL, CNRS, MATEIS, UMR5510（里昂大学、里昂国立应用科学学院、里昂第一大学、法国国家科学研究中心MATEIS联合研究单位）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
本研究通过流变学方法分析了酸诱导羧甲基纤维素凝胶的流变性能，揭示了疏水相互作用对凝胶结构和非线性响应的影响。
2024-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Universal Elasticity and Fluctuations of Nematic Gels
我们研究了自发取向有序的非晶态固体的弹性，其特征在于由消失的横向剪切模量，例如通过弹性体和凝胶实现。我们发现，当地的非均匀性和弹性非线性合谋导致异常的非局部普遍弹性控制的非平凡infared不动点。也就是说，在长尺度，这样的固体的特点是普遍的剪切和弯曲模量，分别消失和发散在长尺度，普遍不可压缩，并表现出普遍的负泊松比和非胡克弹性下降到任意低的应变。基于对5维的展开，我们证明了在dlc < 3的情况下，该系统对热涨落和局域非均匀性是稳定的。
2002-09-18 cond-mat.soft
Power law creep and delayed failure of gels and fibrous materials under stress
本文提出了一个描述凝胶和纤维材料在应力下不可逆失效的简单介观模型，成功捕捉了主、二次、三级蠕变阶段的幂律行为、Monkman-Grant标度关系、类Basquin幂律标度以及损伤累积导致突然失效的现象。
2024-02-15 cond-mat.soft
Normal stresses in semiflexible polymer hydrogels
已知生物聚合物凝胶如纤维蛋白和胶原网络在经受扭转时产生拉伸轴向应力。这种负的法向应力与大多数弹性固体（包括合成聚合物凝胶）观察到的经典坡印廷效应相反，其中扭转引起正的法向应力。如最近所示，纤维蛋白凝胶中的这种异常行为取决于生物聚合物凝胶的开放的多孔网络结构，这有利于剪切过程中的间质流体流动，并且可以通过网络和溶剂之间具有粘性耦合的唯象双流体模型来描述。在这里，我们扩展了这个模型，并开发了一个微观模型的应力张量，确定半柔性聚合物水凝胶的轴向响应的各个对角分量。这个微观模型预测，这些应力分量的大小取决于反向的特征应变的非线性剪切应力的发病，我们证实实验上的纤维蛋白凝胶剪切流变仪。此外，我们的模型预测的瞬态行为的正应力，这是在很好的协议与全时间依赖的正应力，我们测量。
2018-03-07 cond-mat.soft
Transport properties of incipient gels
我们调查的剪切粘度$η(p)$和质量相关的扩散系数$D(m,p)$的上下文中的一个简单的模型，作为交联密度$p$的增加，经历了从流体到凝胶的连续过渡的行为。根据$η(p)\sim (p_c-p)^{-s}$和$s\approx 0.65$，剪切粘度在凝胶点处不同。的扩散常数显示出显着的依赖性的质量的集群：$D(m,p)\sim m^{-0.69}$，不仅在$p_c$，但很好地进入液相。我们还发现，斯托克斯-爱因斯坦关系$Dη\propto k_BT$已经打破了相当远的凝胶点。
2003-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of normal stress in the creep dynamics and failure of a biopolymer gel
我们研究了生物聚合物凝胶在恒定剪切载荷下的延迟破裂，同时动态光散射和流变学测量。我们揭示了凝胶化过程中建立的法向应力的关键作用：所有最终断裂的样品在凝胶化过程中都会自我弱化，正如伴随着微观塑性重排爆发的法向应力的部分松弛所揭示的那样。在施加剪切应力时，弱化的凝胶在其微观动力学中在蠕变状态下表现出独特的特征，其预期高达数千秒的宏观断裂。压裂凝胶中的动力学比非压裂凝胶的动力学快，并且表现出大的时空波动。具有显著塑性的空间局部化区域最终成核，逐渐膨胀，并最终侵入整个样品，引发宏观失效。
2020-12-17 cond-mat.soft
Rheology of Wormlike Micellar Gels Formed By Long-Chained Zwitterionic Surfactants
长链表面活性剂溶液由于具有许多吸引人的性质而在石油和天然气工业中得到了广泛的应用。在本文中，我们表征了一种这样的商业上使用的粘弹性表面活性剂，在室温下形成蠕虫状胶束凝胶，在较高温度下形成粘弹性溶液。我们探测这两个国家进行线性和非线性流变测试和胶束流变学的框架下分析其行为。我们的研究概述了偏离更传统的胶束系统所表现出的行为，并揭示了有趣的动力学，如剪切诱导断裂和可能的剪切带在这些材料。在这样做，我们提供了一个详细的了解一类新的蠕虫状胶束的解决方案
2021-08-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The yielding dynamics of a colloidal gel
当施加高于屈服应力的剪切应力时，有吸引力的胶体凝胶显示固体到流体的转变。这种剪切诱导的转变几乎涉及胶体凝胶的任何应用。这对于控制材料性能也至关重要。尽管如此，尽管它的普遍存在，屈服过渡是远远没有理解，主要是因为流变测量在整个样品的空间平均。在这里，仪器的蠕变和振荡剪切实验与高频超声开辟了新的途径来观察当地的动态不透明的有吸引力的胶体凝胶。过渡从细胞壁和非均相流化的整个样品的特征时间，其变化与施加的应力表明存在的能量障碍与凝胶化过程。这些结果为进一步理解屈服转变的计算机模拟和理论计算提供了新的实验依据。该技术的多功能性也应该允许广泛的细观研究的断裂机制，从晶体到玻璃质材料的软固体。
2009-11-06 cond-mat.soft
Wall Adhesion and Constitutive Modelling of Strong Colloidal Gels
在强烈絮凝的胶体凝胶的批量沉降过程中，壁粘附效应通常被认为是可以忽略的。在这项研究中，原位测量的胶体凝胶流变学和固体体积分数分布表明相反，在110 mm直径的沉降柱中观察到显着的壁粘附效应。我们开发并验证了一个数学模型的平衡应力状态下的粘塑性和粘弹性本构模型的壁粘附的存在。这些配方突出的基本问题，胶体凝胶的本构建模，特别是任意张量载荷下的粘塑性和粘弹性流变模型的相对实用性和有效性。所开发的模型进行了验证，对实验数据，这指向一种新的方法来估计的剪切和压缩屈服强度的强烈絮凝的胶体凝胶从一系列的平衡固体体积分数分布在不同的列宽度。
2014-06-24 cond-mat.soft
Effective Attractive Range and Viscoelasticity of Colloidal Gels
我们提出了一个模拟研究的胶体粒子具有很短的距离吸引力。特别是，我们调查的有效吸引力的范围和形成的凝胶的粘弹性之间的相互作用时，系统的温度足够低。使用布朗动力学模拟，我们研究了不同尺寸和相互作用范围的颗粒，并通过进行小振幅振荡和瞬态启动剪切模拟来表征凝胶的力学性能。我们发现，有效吸引范围是影响凝胶粘弹性的关键参数。储能模量和损耗模量之间的交叉频率以及在启动测试中达到最大应力的时间都是有效吸引范围的简单函数。
2013-07-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Computer simulations of colloidal gels: how hindered particle rotation affects structure and rheology
使用计算机模拟研究了颗粒粗糙度和短程非中心力对胶体凝胶的影响，其中颗粒在旋转时经历能量的正弦变化。最小值$n$的数目和能量尺度$K$是关键参数;对于大的$K$和$n$，粒子旋转受到强烈阻碍，但是对于小的$K$和$n$，粒子旋转几乎是自由的。利用分形维数、结构因子、配位数分布、键角分布和线性流变学对一系列体系进行了模拟和表征。当粒子容易旋转时，团簇会重组以利于密集堆积。这导致更长的凝胶化时间和具有股状形态的凝胶。这种凝胶的弹性模量在高剪切频率下按$G' \propto ω^{0.5}$的比例缩放为$ω$。相反，受阻粒子旋转抑制重组，并导致快速凝胶化和扩散形态。这样的凝胶更硬，具有$G'\proptoω^{0.35}$。在低势垒和高势垒状态下的粘性模量$G''$分别根据指数$0.53$和$0.5$缩放。弹性和粘性行为之间的交叉频率通常随着旋转障碍的增加而增加。这些发现同意定性与最近的一些实验上的异质表面颗粒和DLCA型凝胶和凝胶的光滑球体的研究。
2019-09-03 cond-mat.soft
Alignment and Nonlinear Elasticity in Biopolymer Gels
我们提出了一个Landau型理论的非线性弹性的生物聚合物凝胶与一部分的序参量描述诱导的纤维在凝胶中的有序性。我们将这些材料的非线性弹性行为归因于应变引起的纤维排列。我们建议在组织中的细胞运动的接触指导的应用。我们比较我们的理论模拟生物聚合物的无序晶格模型。我们对待均匀变形，如简单剪切，静水膨胀，简单的延伸，并获得良好的理论和模拟之间的协议。我们还考虑了一个本地化的扰动，这是一个简单的模型，在介质中的细胞收缩。
2014-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Creep and Fracture of a Protein Gel under Stress
已知生物材料如蛋白质或多糖凝胶定性地表现为软固体并且在外部载荷下破裂。结合光学和超声成像剪切流变学，我们表明，蛋白质凝胶的失败的情况是让人想起脆性固体：后的主要蠕变制度，其特征在于幂律行为的指数是完全占线性粘弹性，骨折成核和增长的垂直剪切，到凝胶的突然破裂。一个单一的方程占这两个连续的过程很好地捕捉完整的流变响应。破坏时间与所施加的剪应力遵循幂次递减规律，类似于固体的Basquin疲劳定律。这些结果是在最近的纤维束模型，包括损伤积累的弹性纤维和蛋白质凝胶作为模型，脆性样软固体的协议。
2014-08-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
The Intriguing Flow Behavior of Soft Materials
在室温下能因热应力而变形的材料称为软材料。包含均匀分布在流体相中的固体颗粒的胶体悬浮液（例如，烟、雾、墨水和牛奶）、乳液（蛋黄酱、乳液和奶油）、糊剂（番茄酱、牙膏）、颗粒介质（一袋米或沙子）和聚合物凝胶（多糖凝胶）可以被归类为软材料，并且在家庭和工业装置中普遍存在。软质材料具有丰富的流动和变形特性，如剪切变稀或触变性、剪切增稠或粘性、非零法向应力和屈服应力等。本文解释了软质材料的一些神秘的流动特性。
2020-12-24 cond-mat.soft
Shear Thickening and Scaling of the Elastic Modulus in a Fractal Colloidal System with Attractive Interactions
具有吸引力的范德华相互作用的分形炭黑颗粒的稀油分散体在高剪切速率下显示连续的剪切增稠，然后是剪切变稀。剪切增稠转变发生在$\dotγ_{c}\approx 10^{2}-10^{3}s^{-1}$处，并由团簇的流体动力学破碎驱动。在剪切速率下的预剪切分散体$\dotγ>\dotγ_{c}$产生增强模量的凝胶，其中$G' \sim σ_{pre-shear}^{1.5-2}$和与在固定样品年龄下测量的凝胶中的残余应力成正比。观察到的数据可以解释为使用一个简单的缩放模型的分形集群在剪切应力下的破碎。
2008-05-13 cond-mat.soft
Tuning local microstructure of colloidal gels by ultrasound-activated deformable inclusions
胶态凝胶具有对先前剪切事件的记忆，包括稳定的和振荡的。这种嵌入微结构中的记忆会影响凝胶的机械响应，因此可以在精心准备的情况下精确调节材料特性。在这里，我们演示了如何动态的可变形的夹杂物，即气泡，可用于局部调整的胶体凝胶的微观结构。我们研究了两种不同的气泡动力学现象，适用于局部应变周围的材料：溶解由于传质，与$10^{-3}$ S $^{-1}$的特征应变速率;和体积振荡由超声驱动，与$10^4$ S $^{-1}$的特征频率。我们用共聚焦显微镜和粒子跟踪法对Hele-Shaw几何模型中气泡周围的胶体凝胶的微观结构进行了实验研究。在气泡溶解实验中，我们观察到在气泡表面附近形成溶剂袋，但微观结构发生了微小变化。在超声诱导的气泡振荡的实验中，我们观察到一个惊人的重新排列的凝胶颗粒成一个微结构，增加了当地的秩序。高速明场显微镜揭示了高频气泡振荡和稳定的微流流动的发生;两者都有望有助于微观结构中局部秩序的出现。这些意见开辟了道路，局部调整的胶体凝胶的基础上可变形的夹杂物控制的外部压力场。
2021-12-15 cond-mat.soft
Shear recovery and temperature stability of Ca2+ and Ag+ glycolipid fibrillar metallogels with unusual $β$-sheet-like domains
低分子量胶凝剂（LMWG）是小分子（Mw < ~ lkDa），其在水中形成自组装纤维状网络（SAFN）水凝胶。绝大多数SAFiN凝胶由自组装纤维的缠结网络描述，类似于良溶剂中的聚合物。在这里，生物基糖脂bola两亲物的原纤化由添加到其稀释的胶束相中的Ca 2+或Ag+离子触发。所得的SAFiN（其形成高于0.5重量%的水凝胶）具有"纳米渔网“结构，其特征在于缠结纤维和$β$ -片状筏的纤维网络，通常对于丝纤蛋白、肌动蛋白水凝胶或矿物伊毛沸石纳米管观察到，但通常对于SAFiN未知。这项工作的重点是SAFIN凝胶的强度，他们的快速恢复后，施加机械刺激（应变）和他们的不寻常的耐温性，通过耦合流变学的小角X射线散射（rheo-SAXS）使用同步辐射研究。基于Ca 2+的水凝胶在高达55{ \textdegree }C的温度下保持其性质，而基于Ag+的凝胶在高达70{ \textdegree }C的温度下显示恒定的弹性模量，而没有出现任何凝胶-溶胶转变温度。此外，糖脂是通过天然资源（葡萄糖，菜籽油）发酵获得的，因此与广泛的化学衍生的两亲物相比，天然工程化合物可以具有前所未有的特性。
2022-12-27 cond-mat.soft
Correction of Wall Adhesion Effects in the Centrifugal Compression of Strong Colloidal Gels
有几种方法可用于测量强颗粒凝胶的抗压强度，包括离心法，其中强度作为体积分数的函数是从加速度时的平衡沉积物高度的依赖性参数获得的。Buscall & White（1987）的分析通常忽略了颗粒网络可能粘附在离心管壁上的可能性，尽管可以预期许多类型的粘性颗粒凝胶。忽略的粘附力是合理的，当剪切强度与压缩强度的比率是小的，它可以为许多系统远离凝胶点，但从来没有非常接近it.The忽视的粘附力所产生的误差进行了理论研究和量化合成平衡沉积物高度与加速度数据为各种程度的粘附力，然后分析它们在传统的方式。然后对无因次分析提出的近似修正系数进行了检验。为了使数据反演切实可行，还分析了某些常规近似所引入的误差。例如，它表明，通过将加速度矢量近似处理为一维而引入的误差对于典型的离心机尺寸是微小的，而使该假设使得数据反演易于处理。
2014-10-09 cond-mat.soft
Effect of silica colloids on the rheology of viscoelastic gels formed by the surfactant cetyl trimethylammonium tosylate
研究了亚微米级硅溶胶微球的加入对粘弹性凝胶半稀溶液线性和非线性流变性的影响。对于1.4重量%的在表面活性剂CTAT的溶液中，在二氧化硅和CTAT的近似相等重量的组分下观察到零剪切速率粘度$η_{\circ}$的峰。该峰在增加CTAT浓度或二氧化硅上的表面电荷时向较低的二氧化硅浓度移动，并且当CTAT浓度增加至2.6wt%时消失。$η_{\circ}$和高频平台模量G $_{\circ}$的增加上引入的SiO $_{2}$解释通过考虑越来越纠缠的蠕虫状胶束，形成由于增强屏蔽的静电相互作用。在较高浓度的二氧化硅颗粒下观察到的G $_{\circ}$和$η_{\circ}$值的降低可以用由于带正电的十六烷基三甲基铵吸附到带负电的二氧化硅上而形成表面活性剂双层来解释。
2004-09-16 cond-mat.soft
Probing shear-induced rearrangements in Fourier Space. II. Differential Dynamic Microscopy
我们讨论了两个同伴文件（arXiv：1802.03737和本手稿）傅立叶空间测量如何耦合到流变测试，以阐明力学性能和微观动力学之间的关系，在软物质。在这第二篇配套论文中，我们专注于剪切下的微分动态显微镜（DDM）。我们强调的类比和差异与动态光散射耦合到流变学，提供了一个理论方法和实践指导方针，以分离的贡献DDM所产生的仿射和非仿射部分的微观位移场。我们表明，在DDM剪切下的照明源的相干性起着关键作用，确定探测的有效样品厚度。我们的理论分析验证了实验上的二维样品和三维凝胶。
2018-07-30 cond-mat.soft
Shear-induced gelation of self-yielding active networks
分子马达产生的主动应力驱动细胞骨架远离平衡，赋予其可调的机械特性，这些特性对于细胞分裂和运动等多种功能至关重要[1-5]。设计类似的仿生系统是创造能够模拟细胞功能的活性物质的关键先决条件[6-7]。这些长期目标需要了解电机产生的应力如何调整丝状网络的机制[8-11]。在基于微管的活性物质中，驱动蛋白马达产生可伸展运动，导致网络链接的持续断裂和重组[12]。我们研究了这种微观动力学如何改变网络的机械性能，揭示了网络粘度首先随着施加的剪切速率而增加，然后过渡回低粘度状态。通过调节分子马达的速度，可以控制非单调的剪切依赖粘度。一个两状态的唯象模型，结合液体和固体样元素定量相关的非单调剪切速率依赖的粘度，局部测量流量。这些研究表明，可伸展网络的流变学不同于先前研究的活性凝胶[13]，其中收缩性增强了机械刚度。此外，流体动力学相互作用的游泳者的连续模型没有捕获流动诱导的凝胶化[14-21]。活性相关的粘弹性的观察需要发展的软活性固体，其内在的活性应力的屈服或屈服的网络模型。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of disorder and chain stiffening on the elasticity of flexible polymer networks
我们研究如何分布的轮廓长度和高拉伸硬化的个别链段影响的宏观剪切模量的柔性聚合物凝胶，使用二维数值模型，其中聚合物段形成三角形网络和无序引入通过改变它们的轮廓长度。我们表明，在相关的参数范围内：（i）的非仿射贡献的剪切模量是可以忽略不计的，即玻恩近似是令人满意的;（ii）的剪切模量是占主导地位的贡献来自平衡链张力。此外，在节点处的机械平衡引起链段的端到端距离和轮廓长度之间的特定相关性，这必须被适当地考虑以构建链压力和剪切模量的合理估计。
2016-10-27 cond-mat.soft
Normal stresses, contraction, and stiffening in sheared elastic networks
当弹性固体受到剪切时，以坡印廷命名的非线性效应会引起法向应力或体积变化。我们提供了一个新的坡印廷效应和微观Grüneisen参数，它量化了如何伸缩移动振动模式之间的关系。通过将这种关系应用于随机弹簧网络，例如，生物聚合物凝胶和固体泡沫，我们发现网络收缩或产生张力，因为它们在拉伸时振动得更快。坡印廷效应的幅度对网络的线弹性模量敏感，可以通过其制备协议和连接性进行调整。最后，我们表明，坡印亭效应可以用来预测有限应变尺度下的材料剪切硬化。
2018-04-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of adhesive interaction on strain stiffening and dissipation in granular gels undergoing yielding
无序固体中的应力诱导屈服/流化，其特征在于不可逆性和增强的耗散，对于广泛的工业和地质过程是重要的。虽然，在热系统中的这种现象已被广泛研究，他们仍然知之甚少颗粒固体。在这里，使用振荡剪切流变学和原位光学成像，我们研究能量耗散在一个致密的颗粒悬浮液中的粘合剂颗粒，形成屈服应力固体远低于各向同性干扰点中获得的硬球排斥的限制。我们发现有趣的非线性流动制度，包括周期内的应变硬化和塑性，强烈依赖于所施加的应变幅度（$γ_0$）和颗粒体积分数（$ϕ$）。我们证明，这种非线性在整个参数范围内可以有效地捕获的归一化能量耗散（$E_N$）的无量纲变量。此外，原位光学成像揭示了与局部速度的时空波动相关的不可逆粒子重排，其性质在整个屈服过渡中变化惊人。通过直接测量的临界堵塞包装分数使用颗粒沉降实验，我们提出了一个详细的相图，揭示了颗粒间的相互作用，在控制系统的流动特性的广泛的$γ_0$和$ϕ$值的作用。
2022-02-23 cond-mat.soft
Determinants of Phase-Separation Propensities, Material States, and Material Properties of Biomolecular Condensates
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
本文通过理论框架和实验计算研究，解释了生物分子凝聚物的相分离倾向（阈值浓度与过量化学势的关系）、材料状态（液滴、无定形稠密液体、可逆聚集体和凝胶的形成机制）以及材料性质（应力松弛时间决定粘弹性行为）。
2026-05-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.MN
Surfactant micelles: model systems for flow instabilities of complex fluids
复杂流体如乳液、胶体凝胶、聚合物或表面活性剂溶液的特征都在于存在“微观结构”，其可以在实验中容易探测的时间尺度上耦合到外部流动。流动和微观结构之间的这种耦合通常导致在对应于极小雷诺数的相对弱剪切流下的不稳定性。蠕虫状胶束表面活性剂的解决方案出现的模型系统，研究两个例子，这种不稳定性，即剪切带和弹性不稳定性。专注于一个semidilute样品，我们表明，二维超快超声成像允许彻底调查不稳定的剪切带胶束流。在稳定状态下，径向和方位角速度分量恢复和揭示了原来的结构内的弹性不稳定的高剪切速率带的旋涡流。此外，由于前所未有的高达20，000 fps的帧速率，可以解决瞬态和快速动态问题，这为更好地理解弹性湍流铺平了道路。
2013-07-20 cond-mat.soft
Hierarchical Jamming in Frictional Particle Assemblies
存在堵塞相图的假设（Liu和Nagel，Nature 396，21 EP（1998 aa））提供了基于这些材料是否处于堵塞或未堵塞状态对宽范围的非晶态固体（胶体、分子和乳液玻璃、胶体和聚合物凝胶、泡沫和颗粒物质）进行分类的理论基础。虽然这种简单的分类是有吸引力的，但它未能捕获这样的非晶态固体的刚性标准可以相对于特定的变形取向或模式（即剪切、挤出、固结）来定义。我们认为这个问题通过巩固的强胶体凝胶，并发现，在巩固的强胶体凝胶的临界转变（所示的最大值和最小值的相对法向应力差）直接对应于定向，摩擦和非摩擦刚性渗流。这些结果表明，在这种非晶态固体的固结过程中，存在着定向的、堵塞的状态的层次结构，以及颗粒尺度的相互作用与这些远离平衡的系统的宏观集体行为之间的直接联系
2020-02-02 cond-mat.soft
Aging, rejuvenation and thixotropy in complex fluids. Time-dependence of the viscosity at rest and under constant shear rate or shear stress
复杂流体表现出粘度随时间的变化，这归因于触变性和老化。然而，对于哪种现象是哪种变化的根源，没有达成共识。一种新的触变模型定义，包括老化。明确定义了由于触变性和老化引起粘度变化的条件。在一个复杂的流体中的粘度变化在一段时间内的休息后，解构表现出分叉的临界体积分数PHIc 2。对于小于PHIc 2的体积分数，粘度在极限t =>无穷大时保持有限。当体积分数超过临界值时，粘度无限制地增长，因此在静止时发生老化。在恒定剪切速率下没有分叉，而在恒定剪切应力下，模型预测在临界应力sB下粘度的新分叉，与在稳定条件下观察到的屈服应力sy相同。应力sB下粘度的发散最好定义为老化。然而，对于s > sB，粘度仍然是有限的，似乎更可取的是使用重组和解构的概念，而不是老化和复兴。然而，当在老化期间施加应力sA（sB）时，预测较慢的老化并将其讨论为真正的年轻化。在稳定条件下预测塑性行为时，s > SB。赫歇尔-Bulkley模型拟合的应力接近SB的流动曲线，而宾汉模型给出了一个更好的拟合s >> SB。最后，该模型的预测结果与实验数据从文献中的锂皂石凝胶的瞬态行为是一致的。
2008-08-25 cond-mat.soft
Tuning the mechanical properties of organophilic clay dispersions: particle composition and preshear history effects
该研究探究了颗粒组成与预剪切历史对亲有机黏土分散体系力学性能的影响，揭示了片状、针状颗粒及其混合物的浓度依赖规律，发现预剪切可显著调控黏弹性，为可定制力学响应的有机黏土分散体系设计提供了依据。
2024-08-17 cond-mat.soft
