非布朗粒子凝胶的类雪崩流化

我们报道了由熔融二氧化硅胶体构成的非布朗粒子所形成的吸引型凝胶的流化动力学。广泛的流变学测量与超声测速相结合，使我们能够在启动剪切实验中表征凝胶的全局应力响应及局部动力学。实践中，凝胶经预剪切回春后，令其老化时间 $t_w$，再施加恒定剪切速率 $\dot \gamma$。我们详细研究了 $t_w$ 和 $\dot \gamma$ 对流化动力学的影响，并构建了凝胶对启动剪切流响应的详细状态图。凝胶可能表现出朝向完全流化的瞬态剪切带，或稳态剪切带。在前一种情况下，我们揭示出渐进流化通过连续步骤发生，这些步骤表现为全局应力弛豫信号上的峰值。流动成像显示，剪切带通过突发的类雪崩事件增长到材料完全流化，这些事件沿涡量方向异质分布，并与运动壁处滑移速度的大峰值相关。这些特征在 $t_w$ 和 $\dot \gamma$ 的宽范围内鲁棒，尽管流化场景的具体细节随 $\dot \gamma$ 变化。最后，区分稳态剪切带与稳态均匀流的临界剪切速率 $\dot \gamma^*$ 依赖于剪切池宽度，并表现出对 $t_w$ 的非线性依赖。我们的工作提供了关于吸引型分散体系瞬态流的宝贵实验数据，突出了剪切、壁面滑移与老化之间微妙的相互作用，其建模构成了尚未解决的重大挑战。