盐度对致密胶体悬浮液流动的影响

我们通过实验研究了盐浓度对微流控鼓中微米级二氧化硅颗粒致密悬浮液流动动力学的影响。在纯水中，颗粒在其自身重力下完全沉积，但由于其表面负电荷而彼此不接触，从而形成“无摩擦”的致密胶体悬浮液。当堆积体倾角超过临界角 $\theta_c \sim 5{\deg}$ 时，会发生快速雪崩，类似于经典无热颗粒介质的期望行为。当倾角低于该角度时，堆积体缓慢蠕变直至达到平坦。在溶液中添加离子会屏蔽颗粒间的排斥力，从而改变悬浮液的流动特性。我们观察到快速雪崩态的显著变化：雪崩开始前出现时间延迟且随盐浓度增加而延长，整体动力学变慢，临界角 $\theta_c$ 从 $\sim 5{\deg}$ 增大到 $\sim 20{\deg}$。相比之下，缓慢蠕变态似乎未被显著改变。这些行为可通过悬浮液初始堆积分数 $\Phi_0$ 与颗粒间有效摩擦 $\mu_p$ 的同时增大来解释。这些观察结果通过共聚焦显微镜测量（估算悬浮液初始堆积分数）和 AFM 测量（量化颗粒表面粗糙度与排斥力随悬浮液离子强度的变化）得到证实。