强导电复杂流体的同步流变-电学测量

我们介绍了一种为应力控制流变仪设计的新型装置，用于在剪切下对强导电复杂流体进行同步流变学和电学测量。通过室温无毒液态金属，以最小的额外机械摩擦完成与旋转轴的电连接，从而允许低至 1 Pa 的同步应力测量。我们利用该设计的能力，对由具有吸引力的炭黑颗粒构成的、浓度范围从 4 到 15 wt% 的凝胶进行了一系列广泛的流变-电学实验。首先，对不同剪切历史制备的静止凝胶的实验表明，凝胶的弹性模量 $G'_0$ 与电导率 $\sigma_0$ 之间存在稳健的幂律标度关系，即 $G'_0 \sim \sigma_0^\alpha$，其中 $\alpha =1.65 \pm 0.04$，且与凝胶浓度无关。其次，与蠕变实验同时进行的电导率测量首次揭示，在实验早期剪切速率随时以弱幂律下降时，块体内部发生了塑性事件。电导率和剪切速率的后续演化使我们能够提出一种与先前测速法测量一致的局部屈服场景。最后，我们确定了炭黑凝胶的本构流变和电学行为。最初为力学测量引入的修正被仔细地扩展到电学测量，以准确区分块体和表面对电导率的贡献。作为示例，我们考察了五种不同等级炭黑凝胶的本构流变-电学性质，并证明了这种新型流变-电学装置作为强导电复杂流体及其应用的多功能表征工具的相关性。