基于动态蒙特卡洛模拟的胶体悬浮液微流变学

理解胶体悬浮液的流变学在众多工业相关产品的配方中至关重要。为了表征这些软材料的粘弹性行为，人们可以分析通过主体流体扩散并产生局部变形和应力的胶体示踪粒子的微观动力学。这种被称为微流变学的技术，将流体的宏观流变学与粒子尺度的微观动力学联系起来。如果示踪粒子受到外力而非自由扩散，则称为主动微流变学。受微流变学在为胶体玻璃、活性物质或生物系统等复杂系统提供局部结构信息方面影响的推动，我们扩展了动态蒙特卡洛（DMC）技术以研究胶体中的主动微流变学。原本能够准确描述平衡态胶体布朗动力学的 DMC 框架，在此被重新考虑并扩展以描述外力拉动嵌入不同密度各向同性胶体悬浮液中示踪粒子的影响。为此，我们研究了球形示踪粒子在恒定外力拖动下穿过由尺寸相近的球形和棒状粒子组成的浴液的动力学。我们能够提取其有效摩擦系数的宝贵细节：在外部力较小和较大时保持恒定，但在其他情况下呈现非线性行为，表明出现了力致变稀 regime。我们的 DMC 模拟结果与过去针对球形胶体浴液的朗之万动力学模拟和理论工作具有极好的定量一致性。棒状粒子浴液在各向同性相中研究，并展示了一个 DMC 比布朗或朗之万动力学更方便的示例，在此例中用于处理粒子旋转。