利用超声激活的可变形夹杂物调控胶体凝胶的局部微观结构

胶体凝胶对先前的剪切事件（包括稳态与振荡剪切）具有记忆。这种记忆嵌入于微观结构之中，影响凝胶的力学响应，因而可在精心制备下实现对材料性能的精确调控。本文展示了如何利用可变形夹杂物（即气泡）的动力学来局部调控胶体凝胶的微观结构。我们考察了气泡动力学中两种对周围材料施加局部应变的不同的现象：由传质引起的溶解，其特征应变率为 $10^{-3}$ s$^{-1}$；以及由超声驱动的体积振荡，其特征频率为 $10^4$ s$^{-1}$。我们在 Hele-Shaw 几何构型中，利用共聚焦显微镜与粒子追踪技术，实验表征了模型胶体凝胶在气泡周围的微观结构。在气泡溶解实验中，我们观察到气泡表面附近形成溶剂空腔，但微观结构变化甚微。在超声诱导气泡振荡实验中，我们观察到凝胶粒子显著重排为局部有序性增强的微观结构。高速明场显微镜揭示了高频气泡振荡与稳态微流均会发生；二者均预期会促成微观结构中局部有序的出现。这些观察结果为基于受外压场控制的可变形夹杂物局部调控胶体凝胶开辟了途径。