相互作用势对微凝胶流变行为影响研究

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胶体粒子间作用势对体系的相行为与流变行为有重要影响,调节粒子软硬程度和引入吸引势是改变作用势的两个方向。本论文以聚苯乙烯(polystyrene,PS)-聚N-异丙基丙烯酰胺(poly(N-isopropyl acrylamide,PNIPAM)核壳球体系为研究对象,通过改变温度和核壳比例调节作用势,主要讨论了粒子软硬程度对剪切增稠现象的影响,壳/核比例对微凝胶屈服行为的影响,和引入吸引势后排斥型玻璃到吸引型玻璃的转变以及A3点现象等方面的内容。  PS-PNIPAM核壳球体系中,通过调控核壳质量比和温度两个参数,可连续地将粒子由“软球”转变到“近硬球”体系,结合流变学和共聚焦显微镜等方法,可引入表征粒子软硬程度的参数n。稳态剪切实验发现,随着粒子不断变硬,体系由剪切变稀转变为剪切增稠,进一步研究表明n可以作为一个半定量的参数来衡量体系的剪切增稠性质。硬球由于高剪切速率下润滑力作用形成流体力学团簇而出现剪切增稠,而软球中剪切增稠被抑制的原因包括粒子间较大的排斥力以及自身形变。  粒子间的软球作用势对屈服行为同样存在重要的影响。随着壳层厚度与核半径的比例的增大,体系由“近硬球”变成“中等比例”微凝胶,再转变为软球,屈服行为也由一步屈服转变为两步屈服,最终又回到一步屈服。硬球的屈服主要由碰撞导致,而软球的屈服与自身形变有关,根据实验结果绘制出核壳球体系关于屈服行为的状态图。  当温度高于PNIPAM体积相变温度时,体系中会引入吸引势,出现排斥型玻璃到吸引型玻璃之间的转变,而这个转变线根据Dawson的理论计算存在一个终点即A3点,我们对核壳球体系A3点附近现象进行了流变学的研究。线性流变行为显示两种状态的零切模量存在不连续的变化,当体积分数增大时,两者之间的差别不断减小,通过外推的方法证明了A3点的存在。结合屈服行为研究发现排斥型玻璃为一步屈服,吸引型玻璃为两步屈服。随体积分数增大,吸引型玻璃的第二步屈服应变不断减小并接近第一步屈服,通过外推或实验的方法,可以得到A3点,即第二步屈服与第一步屈服重合的位置,这些实验事实进一步证明了A3点的存在性并测得A3点所对应的体积分数。
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