研究人员解密非牛顿流体的粘度变化，可指导工业应用学术资讯

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▲悬浮液中光滑和粗糙的颗粒，两者的混合比例对悬浮液粘度突然增加的时间有影响。

非牛顿流体在强剪切力的快速作用下会变得更为粘稠，短时间内甚至会变得像固体。而在恒定的弱剪切力作用下，它又会变为普通液体态。苏黎世联邦理工学院（ETH）界面、软物质与组装学教授Lucio Isa说：“这种现象多出现在具有高颗粒密度的悬浮液中，如水泥。水泥的泵注速率过快，管道就会堵塞。”其原因与悬浮液中固体颗粒的表面特性部分相关。Isa解释说：“突然施加外力，固相颗粒会相互接触并产生摩擦和阻碍，颗粒表面越粗糙，摩擦越强。”研究人员通常利用这一特性来控制密集悬浮液粘度的突然增加。Isa和ETH教授Nicholas Spencer指导的博士生Chiao-Peng Hsu已开发出了具有不同表面粗糙度的树莓状颗粒的方法。

研究人员利用这些颗粒悬浮液以测试其在荷压下粘度的突然增加。他们发现，少量的粗糙颗粒即可使悬浮液“突然固化”。光滑颗粒的作用则恰恰相反。在悬浮液中同时加入粗糙颗粒和光滑颗粒，固化时间也会早于只含光滑颗粒的悬浮液。ETH研究人员认为，悬浮液中只需加入6%的光滑颗粒即可显著抑制粘度增加。Isa说：“这就像滚珠轴承和齿轮的关系。”此外，Hsu和其同事Shivaprakash Ramakrishna还利用改进的原子力显微镜研究了单个颗粒间的摩擦。他们发现，摩擦越强，测得的倾斜角越大。Hsu说：“由于操作空间有限，这个实验非常困难，但我们是首个完成该实验的团队。”

作为纯学术研究，该研究取得了成功。Isa说：“我们的实验证实了如何通过改变纳米和微观结构进而影响材料的宏观性能。这或许对于日常应用（如注水泥）颇为有用。通过调整微粒的表面特性，工程人员可以优化水泥的流动性能。”同时，悬浮液突然固化特性也有相应的应用，例如，某美国制造商据此研制了防弹、防刺背心。

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编译：雷鑫宇审稿：阿淼编辑：张梦

来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180502120000.htm