“剪切阻塞”—使悬浊液固化的关键

材料牛注：致密悬浮状材料，即液态中含有颗粒的材料，常见于食品工业（例如熔化的巧克力），海洋或河流底部的粘土沉积中。目前新的研究，向我们展示了这种液态材料如何在体积以及颗粒数目不变的情况下转变为固态。

了解致密悬浮材料的“液体态”及“固态”转变是十分必要的，这意味着，一旦我们掌握了该项技术，人们便可以在需要时即像使用坚硬的固体一样在上面搭建东西，又可以使其改变状态，想液体一样流动。

南安普顿大学空气动力学和飞行力学研究小组的讲师Ivo Peters领导了这项研究。Ivo在芝加哥大学工作时进行了这项工作，他说：“打个比方来说，在液体中加入过多的颗粒就像在交通中放行过多的车辆一样，结果就是，液体的流动性逐渐减小，固体颗粒被阻塞，实现固化。而另外一种实现这种转变的方法相对来说难于理解：既不添加过量的颗粒也不改变体积的大小，而是通过搅拌来实现固化。”

研究人员已经展示了如何通过快速移动剪切干扰面来实现固化，这种剪切干扰面的方法可以迅速实现从固化前缓慢移动的前体状态，到牢牢阻塞状态的转变。他们的研究结果使我们在微观和宏观上都重新认识了与阻塞相关的现象。研究人员同时引入“剪切阻塞”这一概念来解释摩擦液体材料如何从流态到固态的转变。但是到目前为止，实验结果只局限于二维颗粒系统，而且大多数研究还只停留在理论上。而这种新的研究在全三维系统中首次对剪切阻塞进行了系统性的实验研究。

该实验通过转动含有水，甘油和玉米淀粉的流体混合物的圆筒完成。不断往滚筒中加入直径约5毫米的颗粒，一开始这些颗粒会缓慢下沉，但是最后会被阻塞并停留在表面。混合物最终转变为固体。Ivo说：”我们的研究不仅包含干颗粒材料，还包括剪切阻塞，并证明了它们与密集粒子分散系的关系。干颗粒材料和剪切阻塞都有自己的状态图，我们已经在单一的实验系统中给出了如何构成状态图，并且与试验和模拟得到的状态图相符。

“致密悬浮液中的剪切阻塞不仅具有固体和液体的特点，而且还有其独特的特点：快速传播剪切干扰面的形成，这在干式系统图中并不存在。”

该研究成果已经发表在Nature 上

原文参考地址：New understanding of liquid-like materials to solid state transition discovered

感谢材料人编辑部韩振提供素材。