通过颗粒长径比控制稠密悬浮液中的剪切堵塞

液体中颗粒的稠密悬浮液表现出丰富非牛顿行为,如剪切增稠与剪切堵塞。已知剪切增稠可通过增强颗粒间摩擦相互作用以及使颗粒形状更具各向异性而加剧。然而对于剪切堵塞,仅研究了颗粒间摩擦的作用,而改变颗粒形状的影响迄今尚未被系统研究。为此,我们在此合成光滑二氧化硅颗粒并设计颗粒表面化学以产生强摩擦相互作用,使得球状颗粒的稠密水基悬浮液呈现显著剪切堵塞。随后我们将颗粒长径比从 Γ=1(球)变至 Γ=11(细杆),并进行流变测量以确定颗粒各向异性对剪切堵塞起始及其前驱——不连续剪切增稠——的影响。在固定摩擦相互作用下,我们发现增大长径比显著降低了 φ_m(可观测到剪切堵塞的最小颗粒体积分数),对于 Γ=11 其值低至 φ_m=33%。独立控制源于摩擦与形状各向异性的颗粒相互作用的能力,增进了对悬浮液增稠与堵塞能力的根本理解,并提供了理性设计剪切堵塞特性的框架。