Correlations in suspensions confined between viscoelastic surfaces: Noncontact microrheology
本文从理论上研究了两粘弹性介质间狭缝中粘性流体的速度互相关。我们分析了这些相关性对悬浮在流体中的粒子运动的影响。约束边界的顺应性引起长程对相关,仅随粒子间距离$r$衰减为$1/r$。我们展示了如何可以使用这种远程效应来提取粘弹性的约束介质中,而不嵌入示踪粒子。我们讨论了显着的鲁棒性,这样一个潜在的技术方面的限制的细节,其预期的统计优势,超过标准的两点微观流变学。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pinch-off of viscoelastic particulate suspensions
复杂流体(例如包括溶解的聚合物和/或固体颗粒)的液滴的形成在若干工业和生物物理过程中具有实际意义。在这封信中,我们实验研究的粘弹性悬浮液,由分散在稀聚合物溶液中的非布朗球形颗粒的液滴的产生。使用高速成像,我们表征了分离的不同阶段。我们的实验表明,颗粒主要通过增加流体粘度来影响初始牛顿颈缩。在粘弹性制度,颗粒不影响变薄,直到起泡不稳定,他们加速发病。我们发现,从一种状态到另一种状态的转变(对应于聚合物链的线圈拉伸转变)在很大程度上取决于颗粒含量。考虑到刚性颗粒的存在增加了液相的变形,我们提出了一个表达式的局部应变率在悬浮液中,这合理化我们的实验结果。这种方法可以精确测量颗粒悬浮液中的局部应力。
2021-04-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of particle stiffness and surface properties on the nonlinear viscoelasticity of dense microgel suspensions
本研究通过调控微凝胶交联剂含量和PEG共聚改性,结合大振幅振荡剪切实验与原子力显微镜,揭示了颗粒柔软度和表面性质对致密微凝胶悬浮液非线性粘弹性的差异化影响,为定制力学性能的材料设计提供了合成依据。
2024-03-05 cond-mat.soft
Prediction of shear-thickening of particle suspensions in viscoelastic fluids by direct numerical simulation
为了阐明定量预测粘弹性流体中悬浮液剪切增稠的关键因素,采用光滑剖面法对多模式Oldrophil-B流体中的多颗粒悬浮液进行了直接数值模拟。在周期性边界条件下,利用颗粒动力学的Lees-Edwards边界条件和流体动力学的随平均剪切流演化的时间相关斜坐标系,求解了简单剪切流下的悬浮流。半稀释的多颗粒悬浮液的颗粒体积分数为0.1进行了研究。关于剪切增稠行为的体相流变特性的数值结果同意定量与最近的实验结果的半稀悬浮液中的博格流体。研究结果表明,在剪切增稠开始的剪切速率范围内,准确估计基质的第一法向应力差,对于用Oldrophil-B模型定量预测在Weissenberg数$\rm{Wi}=1$附近的Boger流体基质中的悬浮剪切增稠是至关重要的。此外,悬浮液的微观结构对悬浮液粘度的影响进行了检查。最后讨论了流动模式和弹性应力发展随体积分数和Weissenberg数的变化规律。
2021-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Suspensions of viscoelastic capsules: effect of membrane viscosity on transient dynamics
本文通过IB-LB数值模拟研究膜黏度对粘弹性胶囊悬浮液瞬态动力学的影响,发现其作用随体积分数非平凡变化,稠密高表面黏度悬浮液更抗变形但加载时间与无表面黏度胶囊相当,为设计更丰富的力学特征组合提供了新可能。
2023-07-03 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Brownian cyclic engine operating in a viscoelastic active suspension
我们研究了一个模型的斯特林发动机组成的被动布朗粒子的谐波势和相互作用的主动布朗粒子的悬浮液,自推进在粘性溶剂中,循环运行在等温条件下通过时间变化的陷阱刚度和主动粒子的自推进速度。我们推导出一个有效的随机运动运动方程的被困布朗粒子,其中包括摩擦记忆内核,以及热和主动波动力,由于其耦合与主动悬架,我们分析计算的效率的发动机在准静态极限。我们发现,平均而言,发动机能够产生机械功,其效率取决于系统的不同时间尺度之间的相互作用,其中,与具有瞬时摩擦的系统的情况相比,随后的主动悬架的粘弹性的一般效果是降低布朗发动机的准静态效率。然而,在系统的参数空间中存在这样的记忆效应在发动机的性能中可忽略的区域,因此有效地表现为与在与活性颗粒的推进速度相关的两个不同温度下工作的惰性粘性浴接触。
2022-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
New insights on carbon black suspension rheology -- anisotropic thixotropy and anti-thixotropy
我们报告了一个详细的实验研究的特殊的触变动力学的炭黑(CB,Vulcan XC-72)在矿物油中的悬浮液,特别是观察顺序的应力增加,然后在一个固定的剪切速率下降的降压测试。我们验证,这种动态,虽然奇特,来自一个真正的材料响应,而不是实验文物。我们还揭示了这种长时间的应力衰减是如何与抗触变性,而不是粘弹性,通过使用正交叠加(OSP)流变仪探测粘弹性模量在降压试验。存在正交储能模量和损耗模量,显示了这种两个时间尺度的恢复然后衰减响应,这表明这种响应是抗触变的,并且它涉及剪切诱导的结构化。我们进一步表明,在CB悬浮液的剪切下,使用OSP的机械各向异性。基于流变学的结果,提出了一个微观结构示意图,定性地考虑触变结构的建立,反触变致密化,和各向异性结构的演变。我们的观察这些CB悬浮液的触变结构参数模型的标准范例之外,和弹性响应为我们提供了新的洞察CB悬浮液的瞬态动力学。
2022-02-09 cond-mat.soft
Growth kinetics of interfacial patterns formed by the radial displacement of an aging viscoelastic suspension
当一个软的玻璃状胶体悬浮液被取代的牛顿流体在径向Hele-Shaw几何,图案形态,在界面处的发展是由前者的复杂流变学。我们曾在早期的工作报告[帕拉克,V。S. Parmar,D. Saha和R. Bandyopadhyay,JCIS Open,6(2022)100047],通过控制驱替悬浮液的弹性、驱替流体的流速和流体对的界面张力,可以形成一系列界面图案。有趣的是,所有不同的形态特征可以区分在他们的面积比,定义为充分发展的模式和最小的圆包围it. In一个显着的进步,这一早期的工作所占的面积的比率,我们在这里表明,时空模式的增长的系统研究可以揭示有关模式选择机制的重要信息。我们分析的图案的时间演变,揭示有趣的相关性,其生长机制和充分发展的形态。我们相信,这种系统的识别的独特的时间特征之间的界面上的老化粘弹性粘土悬浮液和牛顿流体的图案生长的特征可以是有用的预测和抑制的发病和发展的界面不稳定性的泥浆和水泥浆的位移。
2022-10-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Protocol to evaluate the viscoelastic response of a polymer suspension to an active agent via oscillatory shear rheometry
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海微系统信息技术研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Universitat de Barcelona(巴塞罗那大学);Universitat de Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)(巴塞罗那大学复杂系统研究所)
本文提出了一种通过振荡剪切流变仪评估活性剂对聚合物悬浮液黏弹性响应的协议,利用游泳行为与振荡板的对应关系,实现对黏弹性特性的量化分析。
2025-12-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Pattern selection in radial displacements of a confined aging viscoelastic fluid
由于界面扰动的不稳定增长而产生的复杂流体驱替模式可以由流体粘弹性和表面张力驱动。由于悬浮液微观结构的自发形成,软玻璃态悬浮液老化,$i.e.$其机械模量随时间演变。老化悬浮液的剪切和时间依赖性流变学可用于在其被牛顿流体驱替期间产生各种各样的界面图案。使用视频成像,我们报告了一个丰富的阵列的界面图案形态:致密的粘性,树枝状,粘弹性断裂,花形,锯齿状和稳定的,在混溶和不混溶的位移的老化胶体粘土悬浮液的牛顿流体注入到一个径向准二维几何形状在不同的流速。我们提出了一个新的参数,面积比,我们定义为充分发展的图案面积归一化的最小圆包围it.We表明,面积比的自然曲线唯一识别不同的图案形态,使每个图案可以隔离在一个三维相图跨越的悬浮液老化时间,驱替液的流速,和界面张力的面积比。除了基本的兴趣,我们的研究结果是有用的预测和控制界面的生长过程中流体位移。
2022-03-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Is the active suspension in a complex viscoelastic fluid more chaotic or more ordered?
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海微系统与信息技术研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Universitat de Barcelona(巴塞罗那大学)
研究发现,在复杂粘弹性流体中,聚合物通过增强游动者极化和方向有序性,促进主动悬浮体的有序性。
2025-12-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Anomalous crystalline ordering of particles in a viscoelastic fluid under high shear
本研究使用全浸没平行板几何结构测量粘弹性流体中粒子悬浮液的高剪切行为,发现单分散粒子在中心形成异常结晶层,该固体层能破坏流动不稳定性并引入反映主导速度模式的单频扭矩波动分量。
2023-06-27 cond-mat.soft physics.app-ph
Effective viscosity and elasticity in dense suspensions under impact: Toward a modeling of walking on suspensions
本研究通过LBM-DEM及简化模型提取浓悬浮液冲击弹性力,建立足-弹簧-身体模型,揭示弹簧刚度增大抑制多次弹跳,为悬浮液上行走建模提供基础。
2023-06-20 cond-mat.soft
Impact-induced hardening in dense frictional suspensions
我们数值研究了致密悬浮液中冲击诱导的硬化。我们采用格子玻尔兹曼方法,并进行冲击下的稠密悬浮液的模拟,其中包括悬浮颗粒与悬浮液的自由表面之间的接触。我们的模拟一个自由落体的冲击器上的一个稠密的悬浮液再现实验结果,在那里发生反弹的摩擦颗粒在高速冲击和高体积分数后不久的影响,然后沉没。我们发现悬浮液的剪切应力不受冲击的影响,这清楚地区分了冲击诱导的硬化和不连续的剪切增稠。相反,我们发现存在一个局部区域,具有明显的高值的正应力对应的动态堵塞区域。我们的模拟表明,悬浮颗粒之间的摩擦相互作用是重要的冲击诱导硬化,以保持动态堵塞区域。此外,持久同源性分析成功地阐明了力链的拓扑结构。
2020-11-19 cond-mat.soft
Theory of nonlinear rheology and yielding of dense colloidal suspensions
提出了一种求解稠密悬浮液非线性流动的第一性原理方法,该方法可以描述胶体流体的剪切变稀和胶体玻璃的动态屈服。密度波动的平流起着核心作用,抑制了粒子的束缚,加速了结构弛豫。模式耦合的方法来探索这些影响。
2002-10-22 cond-mat.soft
A discussion on "generality of shear thickening in dense suspensions"
在最近的Nature Materials文章中,Brown等人报道了稠密悬浮液中剪切增稠的一般性,并证明剪切增稠可以被屈服应力掩盖,并且当屈服应力降低到阈值以下时可以恢复。然而,当在ER/MR流体上施加高电场/磁场时,文章中报道的剪切增稠的一般性可能不一定是真实的。电流变液和磁流变液在低剪切速率、高电场和高磁场作用下均发生剪切增稠,表明在稠密悬浮液中观察到明显的相变。
2012-01-20 cond-mat.soft
Shear Thickening of Dense Suspensions: The Role of Friction
颗粒悬浮液的剪切增稠的特征在于颗粒之间的润滑接触和摩擦接触之间的过渡。利用三维数值模拟,我们研究了颗粒间摩擦系数如何影响有效的宏观摩擦系数,从而影响致密剪切增稠悬浮液的微观结构和流变性。我们提出了有效的摩擦系数的表达式在距离堵塞不同的剪切应力和颗粒摩擦系数值。我们发现有效摩擦系数是相当不敏感的颗粒间摩擦,这也许是令人惊讶的,但同意最近的理论和实验。
2019-05-23 cond-mat.soft
Order and density fluctuations near the boundary in sheared dense suspensions
我们介绍了一种新的方法来揭示剪切致密悬浮液中的有序波动,使用线扫描流变仪和激光扫描共聚焦显微镜相结合。我们验证了一个中等密度的悬浮液的技术,观察适度的剪切诱导有序和近线性的流动剖面。在高浓度($ϕ= 0.55$)和刚好低于剪切稠化的施加应力下,我们以高时间分辨率报告了有序波动,并直接测量了有序度随着距离悬浮液底部边界的距离而降低的情况,以及有序度和颗粒浓度之间的直接相关性。更高的施加应力产生剪切增稠与边界应力的大波动,我们发现这是伴随着悬浮液流速的剧烈波动。峰值流速与悬浮液边界的距离无关,这表明它们可能是由瞬时堵塞引起的,瞬时堵塞产生了一起移动的固体状颗粒聚集体,但只是短暂的,因为高速波动散布在流动慢得多的区域中,这表明剪切增稠悬浮液具有复杂的内部结构动力学,即使在相对简单的几何形状中。
2022-11-03 cond-mat.soft
Shear viscosity scaling of granular suspensions across dilute to dense regimes
本文通过 DEM-LBM 恒体积剪切模拟,提出以过渡固体分数 $ϕ_d$ 统一描述非 Brownian 颗粒悬浮液在稀疏至稠密区的黏度标度。
2023-07-17 cond-mat.soft
Shear-Induced Collective Shape Oscillations in Dense Soft Suspensions
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford(鲁道夫·皮尔斯理论物理中心,牛津大学);Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa(理论与计算物理中心,理学院,里斯本大学);Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa(物理系,理学院,里斯本大学)
研究通过多相场模型揭示了剪切诱导密集软悬浮液中颗粒集体形状振荡的机制,揭示了变形性、堆积和剪切对集体时间依赖行为的影响。
2026-02-09 cond-mat.soft
Crystallization in a dense suspension of self-propelled particles
使用布朗动力学的计算机模拟,我们表明,一个二维悬浮液的自推进(“主动”)胶体颗粒结晶在足够高的密度。与被动粒子的平衡冻结相比,冻结密度都有显着的变化,并取决于所采用的结构或动力学标准。在非平衡状态下,这种转变伴随着明显的结构不均匀性。这导致液体和固体之间的过渡区域,其中悬浮液是全局有序的,但无序的液体状“气泡”仍然存在。
2011-12-22 cond-mat.soft
Stress controlled rheology of dense suspensions using transient flows
当施加的应力超过一定阈值时,牛顿液体中的硬颗粒的稠密悬浮液可以被剪切堵塞。然而,从流体到固化状态的这种堵塞转变不能用常规的稳态流变学来探测,因为材料内部的应力分布不能以足够的精度来控制。在这里,我们介绍和验证的方法,克服了这个障碍。生成快速传播的剪切前沿,并用于建立良好控制的局部应力条件,扫过材料。利用这种瞬态流动,我们能够跟踪如何一个稠密的悬浮液接近其剪切堵塞状态动态,并可以定量映射出的起始应力凝固在一个状态图。
2018-10-28 cond-mat.soft
Shear viscosity and wall slip behavior of dense suspensions of polydisperse particles
研究了有机硅聚合物与多分散粒子组成的密相悬浮液的剪切粘度和壁面滑移。使用三种类型的具有低纵横比的颗粒来实现0.86的相对高的最大填充分数。如此高的最大填充分数允许制备具有在0.62至0.82范围内的宽范围的固体体积分数的悬浮液。在稳定的扭转和毛细流动的悬浮液的壁滑移速度的特征在于,并确定是完全一致的表观滑移层形成在壁的机制。在壁面滑移修正后,发现在显著高于屈服应力的剪切应力下,悬浮液的相对剪切粘度很好地服从Krieger-Doughnard关系,该关系将致密悬浮液的相对剪切粘度行为仅与固体的体积分数与最大填充分数的比率联系起来。然而,在屈服应力附近的较低剪切应力下,相对剪切粘度成为体积分数与最大填充分数之比和剪切应力的函数。它清楚地表明,没有壁滑移分析的相对剪切粘度的稠密悬浮液的准确表征是不可能的。
2018-06-05 cond-mat.soft
Role of Particle Shape in Strain-Controlled Resuspension of Dense Suspensions
University of Illinois Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校);Northern Illinois University(北伊利诺伊大学)
本研究针对浓悬浮液的应变控制再悬浮,发现颗粒脱离临界应变与形状无关,而完全再悬浮临界应变受颗粒各向异性影响,建立了粘性再悬浮的统一应变框架。
2026-08-06 cond-mat.soft
Athermal analogue of sheared dense Brownian suspensions
在低剪切速率牛顿体系之外,数值研究了硬球的稠密布朗悬浮液的流变学。我们分析了这些悬浮液的非热模拟,与一个有效的对数排斥势代表的振动熵力。我们发现,这两个系统呈现相同的流变学,没有可调参数。此外,所有的流变响应显示出类似的Herschel-Bulkley关系一旦剪切应力和剪切速率分别由特征应力尺度和微观重组时间尺度,两者都与正常围压。这种压力控制的方法,最初开发的颗粒流,揭示了一个惊人的胶体玻璃化转变和颗粒堵塞之间的物理类比。
2015-06-30 cond-mat.soft
Dynamic shear jamming in dense granular suspensions under extension
与干燥的颗粒物质不同,像玉米淀粉这样的致密颗粒悬浮体在水中可以强烈抵抗拉伸流动。在低延伸率下,这样的悬浮液表现得像粘性液体,但是快速延伸导致应力远远超过润滑流体动力学和毛细作用的预测的响应。为了理解这种显着的机械响应,我们实验测量的法向力所赋予的一个板上的悬浮液的大部分垂直向上移动在一个控制的速度。我们观察到,在速度阈值以上,峰值力增加了几个数量级。使用快速超声成像,我们绘制出的悬浮液内的局部速度分布,揭示了快速扩展下形成的不断增长的堵塞区域。该区域通过强烈的速度梯度与容器的刚性边界相互作用,这表明与最近提出的剪切堵塞机制有直接联系。
2016-12-09 cond-mat.soft
High-speed ultrasound imaging in dense suspensions reveals impact-activated solidification due to dynamic shear jamming
稠密悬浮体的一个显著特性是它们可以在突然的冲击下从静止的液体状转变为固体状。以前的工作表明,这种影响引起的固化涉及快速移动的堵塞前线,但是,这个过程的细节仍然没有解决。在这里,我们使用高速超声成像来非侵入性地探测稠密悬浮液的内部如何对冲击作出反应。测量的声速,我们表明,固化的进展,而没有检测到的增加,包装分数,和成像的不断变化的流场,我们发现,剪切强度最大化的权利,在堵塞前。总之,这提供了直接的实验证据,剪切,而不是致密化,作为驱动的转化为固体状的行为。基于这些研究结果,我们提出了一个新的模型来解释的各向异性的传播速度的前和描绘的发病条件的动态剪切干扰悬浮液。
2016-04-01 cond-mat.soft
Recent Modeling Advances in Dense Suspension Rheology
Case Western Reserve University(凯斯西储大学);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
研究稠密悬浮流变学的多尺度建模方法,结合干颗粒材料力学与流体动力学,揭示微观约束对宏观流变的影响。
2026-06-05 cond-mat.soft
Early-stage impact dynamics in dense suspensions of millimeter-sized particles
Kyoto University(京都大学);Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University(京都大学汤川理论物理研究所);Okinawa Institute of Science and Technology(冲绳科学技术大学院大学)
研究毫米级颗粒悬浮液在冲击下的早期硬化动力学,发现最大阻力力与冲击速度的3/2次方成正比,揭示了其与斯托克斯流模型的契合性。
2025-10-02 cond-mat.soft
Oscillatory shear flows of dense suspensions at imposed pressure: Rheology and micro-structure
振荡剪切已被广泛用于研究非稳态剪切下悬浮液的流变特性。此外,最近的工作表明,振荡流可以改善稠密悬浮液的流动性。虽然大多数研究都是在恒定体积下进行的,但我们在这里研究了二维悬浮液的振荡剪切流,使用正常的压力控制装置。为了描述流变学,我们引入了一个复数宏观摩擦系数$μ^{*}$,遵循复数粘度$η^{*}$的惯例,和一个剪切速率平均粘性数$J'$。通过系统地改变应变大小$γ_0$和$J'$,使用数值模拟的流变学和微观结构的稠密悬浮液进行了研究。我们研究了由摩擦($μ_p=0.4$)或无摩擦($μ_p=0$)颗粒组成的悬浮液,发现随着$γ_0$的减小,复杂的宏观摩擦和接触次数(包括总接触和滑动接触)的临界值(如$J' \to 0$)减小。对于由摩擦颗粒组成的悬浮液,我们还发现临界(即~剪切堵塞)填充分数$ϕ_c$随着$γ_0$的减小而增加。在这两种情况下,摩擦和无摩擦,我们发现,接近剪切堵塞的流变响应从一个粘性的弹性响应$γ_0$降低到低于$\sim0.33$。
2021-06-14 cond-mat.soft
Extended $μ(J)$-rheology for dense suspensions at oscillatory shear flows
最近的研究强调,振荡和时间相关的剪切流可能有助于增加稠密悬浮液的流动性。虽然大多数的焦点一直在横流,我们在这里研究一个简单的二维悬浮液中,我们同时施加振荡和固定剪切沿同一方向。我们首先表明,在这种设置中的粘度显着降低的振荡幅度的增加,与以前的索赔。这种减少可以归因于随着振荡幅度的增加,接触数量的大幅减少和微观结构的改变。作为一个子结果,我们发现两个扩展的$μ(J)$ -流变学,剪切应力和剪切速率之间的本构关系,有效的纯振荡流和具有较高的剪切堵塞的包装分数的悬浮液组成的摩擦颗粒相比,稳定的剪切条件。
2020-04-14 cond-mat.soft
Relaxation and Rheology in Dense Athermal Suspensions
我们研究的松弛和流变性的无摩擦颗粒的致密无热悬浮液接近以下的堵塞密度。我们的关键量,弛豫时间-确定从剪切后的能量的指数衰减突然被切断-被认为是一个决定因素背后的代数分歧的各种数量的干扰密度接近从下面。我们还定义和测量的“耗散时间”,这是直接在剪切模拟中获得,并发现它的行为类似于弛豫时间。比较剪切粘度与耗散时间的表达式,我们确定了一个非发散因子,解释了需要在剪切粘度的缩放分析中的校正项。
2013-02-26 cond-mat.soft
Shear thickening regimes of dense non-Brownian suspensions
我们提出了一个统一的非布朗球的稠密悬浮液的流变框架,预测粒子摩擦和粒子惯性作为不同的剪切增稠机制的发作,同时捕获准静态和软粒子流变学在高体积分数和剪切速率分别。离散元方法模拟,适当考虑流体动力学和颗粒接触相互作用证实了模型的预测,证明了剪切增稠的两种机制,并表明它们可以同时发生与精心选择的颗粒表面性质在一定的流动条件下。与摩擦剪切增稠的显微结构转变。我们发现非常独特的分歧的微观结构和动态变量的体积分数在增厚和非增厚状态。
2015-09-15 cond-mat.soft
Transition from viscous to inertial regime in dense suspensions
非布朗悬浮液呈现出从零剪切极限下的牛顿行为到大剪切速率下的剪切增稠行为的转变,其中任何一个都是迄今为止不清楚的。在这里,我们进行了数值模拟,这样的非热稠密悬浮液剪切下,在施加围压。这种设置在概念上与Boyer及其同事最近的实验相同[Phys. Rev. Lett. 107,188301(2011)]。改变间隙流体的粘度,我们恢复牛顿和Bagnoldian制度,并表明它们对应于耗散为主的粘性和接触力分别。我们表明,这两个流变制度可以统一作为一个单一的无量纲数的函数,通过添加在一个给定的体积分数的耗散的贡献。
2012-09-04 cond-mat.soft
Dichotomous behaviors of stress and dielectric relaxations in dense suspensions of swollen thermoreversible hydrogel microparticles
假设:虽然复杂流体中的微观结构的大剪切流的机械破坏已被广泛研究,施加的应变对大分子聚集体的介电性质的影响受到的关注少得多。同时流变学和介电实验可以用来研究跨越几十年的时空尺度上剪切胶体悬浮液的动力学。实验:利用精密的阻抗分析仪,我们研究了强剪切水悬浮液的热可逆水凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)颗粒在不同温度下的介电行为。我们还进行应力松弛实验,以揭示这些悬浮液的体积力学模量的大变形的影响。调查结果:所有的剪切PNIPAM悬浮液的复介电常数的实部表现出不同的弛豫过程中的低频和高频制度。在低于较低的共溶温度(LCST)的温度下,高密度PNIPAM悬浮液的结晶性的实部和虚部都随着施加的振荡应变振幅的增加而减小。同时,我们注意到一个反直觉的介电弛豫动力学放缓。相反,我们的流变介电的研究结果,我们的体流变学实验,在相同的条件下进行,揭示剪切变稀动态应变振幅增加。我们提出了剪切诱导破裂的脆弱集群的膨胀PNIPAM颗粒来解释我们的观察。保留字:流变电介质;温敏水凝胶;节段性运动;对立两极化;界面极化;稠密悬浮液;流变学;剪切稀化
2022-06-24 cond-mat.soft
Scaling description of frictionless dense suspensions under inhomogeneous flow
针对传统μ(J)框架不适用于非均匀流动的局限,本文通过无摩擦稠密悬浮液粒子模拟引入速度涨落无量纲数,建立统一标度本构关系,仅由驱动力即可预测稳态速度、应力和体积分数场。
2023-08-16 cond-mat.soft
Crack patterns of drying dense bacterial suspensions
细菌悬浮液的干燥在大量的自然和工程过程中经常遇到。然而,蒸发驱动的致密固结细菌悬浮液的机械不稳定性迄今尚未探索。在这里,我们报告了两种不同的裂纹模式的形成干燥悬浮液的\textit{Escherichia coli}(\textit{E. coli})具有不同的能动行为。对于具有主动游动的野生型\textit{E. coli}观察到圆形裂纹,而对于不动细菌形成螺旋状裂纹。利用弹性断裂力学和多孔弹性理论,我们表明,形成的圆形裂纹是由径向干燥应力的拉伸性质一旦裂纹是由细菌的局部有序结构,由于他们的集体游泳发起。我们的研究证明了单个细菌的微观游泳行为与干燥细菌膜的机械不稳定性和宏观斑图形成之间的联系。结果揭示了活性物质在干燥过程中的动力学,并为理解与干燥细菌悬浮液相关的各种生物过程提供了有用的信息。
2022-06-19 cond-mat.soft
Surface nanodroplet-based nanoextraction from sub-milliliter volumes of dense suspensions
废水和环境分析、化学或生物转化过程监测、生物医学诊断、食品质量控制等领域都需要采用更清洁的分析技术来量化稠密悬浮液中的化合物。在这项工作中,我们介绍了一种绿色,快速,一步的方法,称为纳米提取,用于提取和检测的目标分析物从亚毫升密集的悬浮液使用表面nanodroplets没有有毒溶剂和预去除的固体内容物。通过纳米萃取,我们实现了从颗粒悬浮液样品中获得的荧光模型分析物的检测限(LOD)为10^(-9)M。LOD低于不含微粒的水中的LOD 10^(-8)M,可能是由于微粒与分析物的相互作用。因此,悬浮液样品中的高颗粒浓度不会降低提取效率,虽然提取过程减慢至5分钟。作为原理的证明,我们证明了纳米提取用于定量含有30重量%砂和油性成分(即重油)的废水浆料中的模型化合物。在这项工作中开发的纳米萃取和检测技术可用于快速分析技术,复杂的浆料样品在环境工业废物,或在生物医学诊断。
2021-05-09 cond-mat.soft
Driven dynamics in dense suspensions of microrollers
我们进行详细的计算和实验测量的驱动动力学的一个密集的,均匀的悬浮液的沉积microrollers驱动的磁场旋转轴平行于地板。我们发展了一个润滑校正的布朗动力学方法,用于研究沉积在底壁上方的驱动胶体的稠密悬浮液。数值方法增加了附近的颗粒对之间的润滑摩擦,以及颗粒和底壁,远场流体动力相互作用的最小分辨率模型。我们的实验结合了荧光标记与粒子跟踪跟踪的轨迹的单个粒子在一个稠密的悬浮液,并测量其推进速度。以前的计算研究[B. Sprinkle等人,化学物理学杂志,147,244103,2017]预测,在足够高的密度下,微辊的均匀悬浮液分离成两层,一个缓慢的单层正好在壁的上方,另一个快速层在底层的顶部。在这里,我们验证了这一预测,表现出良好的定量协议的双峰分布的颗粒速度预测的润滑校正的布朗动力学和那些在实验中测量。计算方法准确地预测了实验中观察到的粒子在慢层和快层之间切换的速率。我们还使用我们的数值方法来证明成对润滑在胶体微辊致密单层中运动诱导相分离中的重要作用,正如最近提出的Quincke辊悬浮液[D. Geyer等人,Physical Review X,9(3),031043,2019]。
2020-07-01 cond-mat.soft
A Stability Diagram for Dense Suspensions of Model Colloidal Al2O3-Particles in Shear Flow
在Al2O3悬浮液中,取决于实验条件,可以发现非常不同的微观结构,包括流体状悬浮液、排斥结构和聚集微观结构。对于陶瓷的技术加工,微观结构的知识是重要的,因为它基本上决定了要生产的工件的稳定性。为了启发这个话题,我们调查这些悬浮液剪切模拟。我们观察到团簇形成在两个不同的长度尺度:最近邻的距离和系统大小的长度尺度。我们发现,聚类行为不依赖于观察的长度尺度。如果颗粒间的相互作用没有吸引力,则颗粒在剪切流中形成层。结果总结在稳定性图中。
2007-03-09 cond-mat.soft
Origin of two distinct stress relaxation regimes in shear jammed dense suspensions
许多稠密的颗粒悬浮体显示出应力诱导的从类液体状态到类固体剪切堵塞(SJ)状态的转变。然而,潜在的粒子尺度动力学导致这种惊人的,可逆的转变的散装仍然未知。在这里,我们研究了瞬态应力松弛行为的SJ状态下形成的一个良好的特征在于致密的悬浮液下的阶跃应变扰动。我们观察到一个强烈的非指数松弛,开发一个尖锐的不连续的应力下降,在短时间内足够高的峰值应力值。高分辨率的边界成像和正常的应力测量证实,这种应力不连续起源于本地化的塑性事件,而系统跨越膨胀控制较慢的松弛过程。我们还发现了一个有趣的瞬态弛豫的性质和稳态剪切干扰相图从Wyart-Cates模型获得之间的相关性。
2022-06-25 cond-mat.soft
Active and Nonlinear Microrheology in Dense Colloidal Suspensions
我们提出了一个第一性原理理论的胶体模型系统的主动非线性微观流变学:对于恒定的外力对一个球形探针颗粒嵌入在一个密集的主机分散体,忽略流体动力学相互作用,我们推导出一个精确的表达式的摩擦。在模式耦合理论(MCT),我们讨论了阈值外力需要从主机玻璃的探针,其关系到强非线性的速度-力曲线在主机流体。实验微观流变数据和模拟,我们进行了解释与简化模型。
2008-10-15 cond-mat.soft
Discontinuous shear thickening without inertia in dense non-Brownian suspensions
一个共识是,在稠密悬浮液中的不连续剪切增稠(DST)标志着从流动状态的过渡,其中颗粒保持良好的分离的润滑层,一个占主导地位的摩擦接触。我们在这里表明,合理的假设接触增殖预测两种不同类型的DST在惯性的情况下。第一种情况发生在密度高于摩擦颗粒的堵塞点时;在这里,增厚状态完全堵塞,并且(除非颗粒变形)不能在没有不均匀性或破裂的情况下流动。第二种状态显示应变率滞后,并在较低密度下出现,其中增厚相平滑流动。DST预计会出现时,有限范围的排斥推迟接触形成,直到超过一个特征应力水平。
2013-11-16 cond-mat.soft
Signature of jamming under steady shear in dense particulate suspensions
在增加的施加剪切应力($σ$)下,许多致密颗粒悬浮液的粘度急剧增加超过应力起始($σ_0$),这种现象称为不连续剪切增稠(DST)。最近的研究指出,某些悬浮液在高颗粒体积分数($ϕ$)下可以转变为应力诱导的类固体剪切堵塞(SJ)状态。SJ状态产生有限的屈服应力,因此不同于剪切增稠状态。在这里,我们研究的稳态剪切增稠行为形成的稠密悬浮液分散胶体聚苯乙烯颗粒(PS)在聚乙二醇(PEG)。我们发现,对于小的$σ$值的悬浮液的粘度作为$ϕ$的函数,可以很好地描述Krieger-Doughnut(KD)关系。然而,对于较高的$σ$($>> σ_0$)值,KD关系系统地高估了测量的粘度,特别是对于较高的$ϕ$值。这种系统性偏差可以通过由于流动引起的固体样SJ状态的失效而导致的样品的弱化来合理化。使用Wyart-Cates模型,我们提出了一种方法来预测SJ开始从稳态流变测量。我们的结果进一步支持剪切下的样品边界的原位光学成像。
2019-11-22 cond-mat.soft
Discontinuous shear thickening of dense suspensions under confining pressure
我们使用二维数值模拟研究稠密悬浮液的非布朗硬颗粒使用临界负荷模型(CLM)在恒定的围压。这个简单的模型显示了不连续的剪切增稠(DST),因为切向力在剪切应力增加时被激活。通过参数化一个简单的二元系统的摩擦和非摩擦颗粒的不同比例,我们表明,堵塞包装分数,在粘度发散,控制摩擦接触的分数。因此,稠密悬浮液的粘度可以表示为摩擦接触分数以及固体颗粒的堆积分数的函数。此外,我们表明,摩擦接触的分数和两个控制参数(围压下)之间存在一个简单的关系:粘性数J和排斥力和围压之间的比率。在围压下的粘度曲线被发现依赖于剪切协议,与产生负的动态压缩性的可能性。
2017-01-24 cond-mat.soft
Jamming memory into acoustically trained dense suspensions under shear
研究提出利用声学扰动在剪切稠密悬浮液中嵌入结构记忆,发现声学训练能诱导剪切阻塞并拮抗性调节剪切应力,从而实现对悬浮液粘度等特性的快速、广泛调控。
2024-04-24 cond-mat.soft
Thinning or thickening? Multiple rheological regimes in dense suspensions of soft particles
稠密胶体和颗粒悬浮液的剪切流变学是强非线性的,因为这些材料表现出剪切变稀和剪切增稠,这取决于多个物理参数。我们数值研究了一个简单的模型的软排斥颗粒在大密度的流变学,并表明,非线性流动曲线,让人想起真实的悬浮液的实验可以得到。通过使用量纲分析和动力学理论的基本要素,我们合理化这些多个流变制度和解开的相对影响的热波动,玻璃和堵塞过渡,惯性和颗粒柔软的流动曲线。我们更具体地描述了剪切增稠制度,并表明,颗粒柔软度和屈服应力的出现在干扰过渡竞争与惯性效应负责所观察到的增稠行为。这使我们能够构建动态状态图,可用于分析实验。
2014-04-18 cond-mat.soft
Local determination of the constitutive law of a dense suspension of non-colloidal particles through MRI
我们研究了非胶体颗粒的稠密悬浮液的流动行为,通过耦合宏观流变实验和局部速度和浓度的测量,通过MRI技术。我们发现,流动是本地化在低速,材料是不均匀的,从宏观流变观测推断的本地法律,然后必须重新解释这些本地的意见。我们表明,速度阶跃的短时间响应可以局部表征稠密悬浮液:它们具有纯粹的粘性行为,没有任何可观察到的摩擦影响。在堵塞区,可能有一个接触网络,而在剪切区,只有流体动力学的相互作用:本地化包括在晶粒尺度上的配置的变化。从浓度和速度分布,我们已经提供了第一次本地测量的浓度依赖性的粘度,我们发现一个Krieger-Doughnut定律$η(ϕ)=η_0(1-ϕ/0.605)^{-2}$。剪切引起的迁移几乎是瞬时的,似乎与大多数观察结果不一致:这意味着扩散系数强烈依赖于浓度。最后,我们提出了一个简单的稠密悬浮液的本构关系,基于一个纯粹的粘性行为,占所有的宏观和局部观察。
2005-09-13 cond-mat.soft
Ridge instability in dense suspensions caused by the second normal stress difference
本文通过流体连续性与力平衡分析,证明当第二法向应力差与剪切应力成负比例且垂直壁面重力分量较弱时,稠密悬浮液的平坦自由表面会发生脊状不稳定性,并据此预测了与玉米淀粉悬浮液实验一致的临界倾斜角。
2024-01-16 cond-mat.soft
Fracture and failure of shear-jammed dense suspensions under impact
James Franck Institute, University of Chicago(詹姆斯·弗兰克研究所,芝加哥大学);Department of Physics, University of Chicago(芝加哥大学物理系)
研究冲击下剪切阻塞稠密悬浮液的断裂与失效机制,通过实验确定高应力下裂纹形成条件及材料刚度变化。
2025-11-21 cond-mat.soft
Two-scale evolution during shear reversal in dense suspensions
我们使用剪切反转模拟来探索致密的非布朗悬浮液的流变学,解决相邻颗粒之间的润滑力和模拟颗粒表面接触。剪切方向突然反转的瞬态应力响应表现出与速率无关的非单调行为,捕获相应的经典实验的显着特征。流体动力学和颗粒接触应力和相关的接触网络的分析的基础上,我们表现出不同的反应,在小和大的应变,与接触断裂和结构重新定位,分别强调颗粒接触的重要性。因此,流体动力学和接触应力演变不同的应变尺度和相反的趋势,导致非单调的行为时,结合。我们进一步阐明颗粒粗糙度和排斥力在确定微观结构中的作用,因此在每个尺度上的应力响应。
2015-09-04 cond-mat.soft
Dynamic jamming of dense suspensions under tilted impact
稠密的颗粒悬浮液不仅可以在外力作用下增加其粘度和剪切速率,而且可以堵塞成固体状状态,当力被移除时,该固体状状态是完全可逆的。对稠密悬浮液表面的冲击可以通过产生传播到系统主体中的剪切前沿来触发这种堵塞过程。跟踪和观察这样的锋面是困难的,因为悬浮物是光学不透明的,并且锋面可以以每秒几米的速度传播。最近,高速超声成像已被用来克服这个问题,并提取与干扰前沿传播相关的流场的二维截面。在这里,我们将这种方法推广到三维流场的重建。这使我们能够调查的演变的干扰前不能假设轴对称,如影响的角度倾斜远离法线的自由表面的悬浮液。我们发现,足够远的固体边界所产生的流场是近似相同的正常的影响,但旋转和对齐的角度的影响。然而,一旦前部接近容器底部的固体边界,就会产生挤压流,使前部轮廓变形,并导致堵塞以非轴对称方式进行。
2019-05-09 cond-mat.soft
Rheology of dense granular suspensions under extensional flow
我们研究了颗粒悬浮体在各种拉伸变形和简单剪切下的数值模拟。的粘度和Trouton的比率(拉伸剪切粘度的比率)的固体体积分数$ϕ$接近零惯性的极限的函数计算。无摩擦颗粒的悬浮液遵循牛顿Trouton的比例$ϕ$一直到$ϕ_0$,一个通用的卡点,是独立的变形类型。与此相反,摩擦颗粒导致的变形类型相关的堵塞分数$ϕ_m$,这是最大的剪切流。因此,特劳顿的比率从牛顿开始,但发散为$ϕ\toϕ_m$。我们解释了这种差异,在悬浮液中的摩擦颗粒考虑在堵塞的颗粒排列。虽然无摩擦颗粒悬浮液在堵塞时具有几乎各向同性的微结构,但摩擦允许更多的各向异性接触链,这允许在较低的$ϕ$下堵塞,但引入了协议依赖性。最后,我们提供的证据表明,粘性数流变学可以从剪切延伸变形,特别是成功的崩溃无摩擦颗粒。拉伸变形是悬浮液流变学中的一个重要类别,与浆料加工、造粒和高性能材料有关。
2018-04-22 cond-mat.soft
Interparticle hydrogen bonding can elicit shear jamming in dense suspensions
液体中硬颗粒的稠密悬浮液可能表现出惊人的反直觉行为,例如不连续剪切增稠(DST)[1-8]和可逆剪切堵塞(SJ)进入有限屈服应力状态[9-13]。最近的研究发现,从流体动力学相互作用到摩擦颗粒接触的应力激活交叉是这些行为的关键[2-4,6-8,10,14]。然而,许多悬架仅显示DST而不显示SJ。在这里,我们表明,颗粒表面化学可以发挥核心作用,创造条件,允许SJ。我们发现该系统的能力,形成粒子间氢键时,剪切成接触eligible SJ。我们证明了这与电荷稳定的聚合物微球和非球形玉米淀粉颗粒,控制与溶剂形成氢键。SJ的倾向通过拉伸试验[13]进行量化,并通过原子力显微镜与增强的摩擦力相关联。我们的研究结果扩展了对SJ机制的基本理解,并为设计强非牛顿流体开辟了新的途径。
2017-07-28 cond-mat.soft