胶体凝胶的计算机模拟：受阻粒子转动如何影响结构与流变学

利用计算机模拟研究了粒子粗糙度和短程非中心力对胶体凝胶的影响，其中粒子在转动时经历能量的正弦变化。最小值数目 $n$ 和能量尺度 $K$ 是关键参数；对于大的 $K$ 和 $n$，粒子转动受到强烈阻碍，而对于小的 $K$ 和 $n$，粒子转动几乎自由。模拟了一系列体系，并利用分形维数、结构因子、配位数分布、键角分布和线性流变学进行表征。当粒子易于转动时，团簇发生重构以偏好致密堆积。这导致更长的凝胶化时间以及具有链状形貌的凝胶。此类凝胶的弹性模量在高剪切频率 $\omega$ 下满足 $G' \propto \omega^{0.5}$。相比之下，受阻的粒子转动抑制重构，导致快速凝胶化和弥散形貌。此类凝胶更硬，满足 $G'\propto\omega^{0.35}$。低势垒和高势垒 regime 下的黏性模量 $G''$ 分别按指数 $0.53$ 和 $0.5$ 标度。弹性和黏性行为之间的交叉频率通常随转动势垒的增加而增大。这些发现与近期关于非均匀表面粒子的若干实验以及 DLCA 型凝胶和光滑球体凝胶的研究在定性上一致。