旋轉剪切下的稠密懸浮液

核心概念

不同剪切方式下稠密懸浮液的流變學特性相似，但其動力學行為，特別是可逆-不可逆轉變 (RIT) 的存在與否，則與剪切方式的可逆性密切相關。

摘要

旋轉剪切下的稠密懸浮液：流變學、動力學和微結構分析

這篇研究論文探討了稠密懸浮液在不同剪切方式下的流變學和動力學行為，特別關注於一種稱為旋轉剪切 (RS) 的新型剪切方式。

本研究旨在探討稠密懸浮液在旋轉剪切 (RS) 下的流變學和動力學行為，並與傳統的振盪剪切 (OS) 進行比較，以揭示剪切方式對懸浮液性質的影響。

研究人員採用數值模擬方法，模擬了由剛性非布朗球形顆粒組成的稠密懸浮液在不同體積分數、摩擦係數和應變振幅下的流變學和動力學行為。他們比較了 RS 和 OS 两种剪切方式下的懸浮液粘度、法向應力差和平均平方位移 (MSD)，並分析了懸浮液的微結構變化。

從以下內容提煉的關鍵洞見

Dense Suspensions in Rotary Shear

by Naveen Kumar... 於 arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13463.pdf

深入探究

旋轉剪切在實際應用中有哪些潛在的應用？

旋轉剪切 (RS) 作為一種新穎的剪切方式，相較於傳統的震盪剪切 (OS) ，它能夠在保持恆定剪切速率的同時，持續改變剪切方向。這種特性賦予了 RS 在實際應用中獨特的優勢，尤其是在需要溫和混合或操控材料微結構的領域。以下列舉旋轉剪切在實際應用中的一些潛在應用：

食品加工業: 在果醬、巧克力醬等高黏度食品的生產過程中，旋轉剪切可以實現更均勻的混合，避免材料分層或結塊，同時最大程度地減少對食品組織結構的破壞。
化妝品和個人護理產品: 許多化妝品和個人護理產品，例如乳液、面霜等，都屬於複雜的流體體系。旋轉剪切可以幫助控制這些產品中的顆粒分散和穩定性，改善產品質地和使用感受。
藥物輸送: 在藥物輸送系統中，例如微球、脂質體等，旋轉剪切可以用於控制藥物包封效率和釋放速率，提高藥物療效。
生物醫學工程: 在生物組織工程領域，旋轉剪切可以用於模擬細胞在體內所經歷的複雜流動環境，例如血管中的血液流動，促進細胞生長和組織形成。
總而言之，旋轉剪切作為一種新興的流體操控技術，在需要精確控制流體混合、材料微結構和流變特性的領域具有廣闊的應用前景。

如果考慮顆粒的布朗運動，旋轉剪切下的懸浮液動力學會如何變化？

在上述討論中，我們主要關注非布朗顆粒在旋轉剪切下的行為。然而，在許多實際應用中，顆粒的布朗運動不可忽視，特別是當顆粒尺寸較小時。考慮布朗運動後，旋轉剪切下的懸浮液動力學將變得更加複雜，主要體現在以下幾個方面：

擴散增強: 布朗運動會導致顆粒的隨機運動，從而增強顆粒在懸浮液中的擴散。在旋轉剪切下，這種擴散增強效應可能會更加顯著，因為旋轉剪切本身就會促進顆粒的運動和混合。
微結構變化: 布朗運動會影響顆粒間的相互作用，進而改變懸浮液的微結構。例如，在低剪切速率下，布朗運動可能會促進顆粒形成絮凝體，而在高剪切速率下，旋轉剪切可能會破壞布朗運動引起的絮凝。
流變特性改變: 懸浮液的流變特性，例如黏度、法向應力差等，都與其微結構密切相關。因此，布朗運動引起的微結構變化也會影響懸浮液的流變特性。
總體而言，考慮布朗運動後，旋轉剪切下的懸浮液動力學將呈現出更加豐富的現象。需要進一步的實驗和模擬研究來深入理解布朗運動對旋轉剪切下懸浮液動力學的影響。

旋轉剪切的概念是否可以應用於其他物理系統，例如顆粒物質或活性物質？

旋轉剪切的概念並不局限於懸浮液體系，它可以被廣泛應用於其他物理系統，例如顆粒物質或活性物質。以下是一些潛在的應用方向：

顆粒物質: 在顆粒物質中，例如沙子、穀物等，旋轉剪切可以用於研究顆粒的堆積、流動和混合特性。與傳統的剪切方式相比，旋轉剪切可以產生更均勻的剪切場，避免邊界效應的影響。
活性物質: 活性物質，例如細菌、細胞等，具有自主運動的能力。旋轉剪切可以用於研究活性物質在流動環境下的集體行為，例如集群、模式形成等。
總之，旋轉剪切作為一種新穎的流體操控技術，在研究複雜流體、顆粒物質和活性物質等領域具有廣闊的應用前景。