勃姆石凝胶中的剪切诱导增强：一项流变-X射线散射研究

勃姆石，即氢氧化铝氧化物 $\gamma$-AlO(OH)，以颗粒分散体的形式广泛应用于工业领域，例如用于制备陶瓷和催化剂载体，或作为挤出工艺的粘结剂。在酸性条件下，静止的胶体勃姆石分散体会形成凝胶，即空间跨越的渗流网络，其在静止时表现为软固体，而在足够大的形变下则屈服并像液体一样流动。与许多其他胶体凝胶一样，静止时勃姆石凝胶的类固体性质对其先前的力学历史非常敏感。我们近期的工作[Sudreau 等人, J. Rheol. 66, 91-104 (2022), 以及 Phys. Rev. Material 6, L042601 (2022)]揭示了此类记忆效应：流动停止前所经历的剪切驱动了勃姆石凝胶的弹性——在施加大于临界值 $\dot\gamma_{\rm c}$ 的剪切速率 $\dot\gamma_{\rm p}$ 后形成的凝胶对剪切历史不敏感，而在施加 $\dot\gamma_{\rm p}<\dot\gamma_{\rm c}$ 后形成的凝胶则表现出增强的粘弹性以及不可忽略的残余应力。在此，我们通过联用流变仪与小角X射线散射，为这些显著观测结果提供了微观结构解释。对于 $\dot\gamma_{\rm p} <\dot\gamma_{\rm c}$ 的时间分辨测量显示，散射图样呈现出各向异性形状并在流动停止后持续存在，而经历 $\dot\gamma_{\rm p}>\dot\gamma_{\rm c}$ 的凝胶在流动停止时则呈现各向同性散射图样。此外，随着流动停止前施加的剪切速率降至 $\dot\gamma_{\rm c}$ 以下，样品微观结构中冻结的各向异性程度与粘弹性性质同步增长，从而在力学增强与流动诱导的微观结构各向异性之间建立了直接联系。