致密玻璃态与堵塞软排斥微凝胶悬浮液的线性与非线性流变及结构弛豫

我们提出了一项集成实验与定量理论的研究，针对自交联、中性、排斥性 pNIPAM 微凝胶悬浮液在跨越流体、玻璃态和假定的“软堵塞”态的浓度（c）范围内进行力学表征。在玻璃态区域，我们测量了跨越 3 个数量级的线性弹性动态剪切模量，其遵循表观幂律浓度依赖 G'~$c^{5.64}$，随后在高浓度下出现向近线性增长的急剧交叉。我们构建了一个理论方法，在单一概念性的布朗动力学框架内处理所有三种 regime。构造了一个极简单粒子描述，允许微凝胶尺寸因空间位阻去溶胀效应随浓度变化。利用赫兹排斥粒子间势和一系列统计力学理论，对微凝胶集体结构、动态局域化长度、弹性模量和结构弛豫时间在静态条件下做出了定量预测。基于一个恒定的粒子间排斥强度参数（通过要求理论重现整个浓度区间的线性弹性剪切模量来确定），我们展示了理论与实验的良好吻合。理论还预测了静态结构弛豫时间在形变下如何变化，以及屈服应力和应变如何随浓度变化，并与我们的观测结果获得了合理一致。据我们所知，这是首次尝试使用基于微观力的理论方法（包含活化跳跃过程）定量理解致密微凝胶悬浮液的结构、静态弛豫与剪切弹性以及非线性屈服。我们期望我们的方法对核壳家族中的其他软聚合物粒子悬浮液也有用。