勃姆石凝胶中的剪切诱导记忆效应

胶体凝胶由布朗粒子聚集成团簇而形成，这些团簇又构成跨越空间的通渗网络的一部分。在实践中，决定其力学性质的胶体凝胶微观结构强烈依赖于粒子浓度及其相互作用的性质。另一个关键的控制参量是样品所经历的剪切历史，它通过粒子聚集、团簇破裂和重构来控制团簇群体的尺寸与密度。在此我们研究剪切历史对勃姆石（一种氧化铝）酸诱导凝胶的影响。我们表明，在初次凝胶化之后，这些凝胶表现出双重响应，取决于用于恢复其微观结构的剪切速率 $\dot\gamma_{\rm p}$。我们确定了一个临界剪切速率 $\dot\gamma_{\rm c}$，在其之上勃姆石凝胶在流动停止时呈现类凝胶的粘弹性谱，类似于初次凝胶化后所获得的谱。然而，在低于 $\dot\gamma_{\rm c}$ 的剪切恢复后流动停止时，勃姆石凝胶呈现类玻璃的粘弹性谱以及增强的弹性性质。此外，勃姆石凝胶的非线性流变性质在 $\dot\gamma_{\rm c}$ 两侧也有所不同：在 $\dot\gamma_{\rm p}>\dot\gamma_{\rm c}$ 下恢复获得的弱凝胶显示出恒定的屈服应变，与 $\dot\gamma_{\rm p}$ 无关，而在 $\dot\gamma_{\rm p}<\dot\gamma_{\rm c}$ 下获得的强凝胶则显示出屈服应变随 $\dot\gamma_{\rm p}$ 显著增加。我们的结果可结合先前关于剪切诱导各向异性的文献加以解释，同时我们将临界剪切速率用比较剪切流强度与粒子间键力的无量纲量——梅森数（Mason number）——来合理化。