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Jul 16, 2023

中引力乳剤の複雑な光輸送、ダイナミクス、レオロジー

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1791 (2023) この記事を引用 587 アクセス数 1 引用数 2 Altmetric Metrics の詳細 単分散のブラウン系における短距離アトラクションの紹介

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1791 (2023) この記事を引用

587 アクセス

1 引用

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

単分散コロイド球のブラウン系に短距離引力を導入すると、その構造、ひいては光輸送特性やレオロジー特性に大きな影響を与える可能性があります。 ここで、サイズ分別されたコロイドエマルションについて、熱エネルギー (\(\約 5.6\) \(k_{\textrm{B}}T)\) よりはるかに大きいがそれほど大きくない中間の引力の強さを課すことを示します。 、ミセルの枯渇により、液滴体積分率 \(\phi\) の関数として、測定された光輸送の逆平均自由行程 \(1/\ell ^*\) に顕著なノッチが生じます。 このノッチは、硬球ガラス転移 \(\phi _{\textrm{g}}\) と最大ランダム ジャミング \(\phi _{\textrm{MRJ}}\) の間に現れ、強力に誘引するエマルジョンゲル内の液滴の希薄なネットワークと比較して、液滴のコンパクトで高密度なクラスターのより多くの集団が存在します。 我々は、せん断剛性に寄与しない高密度の非浸透性クラスターを含むように、強力に誘引性のコロイド系用の以前の装飾コアシェルネットワークモデルを拡張しました。 測定された \(1/\ell ^*(\phi )\) を使用してこの拡張モデルを制約することにより、引力コロイド系で行われた拡散波分光法 (DWS) 実験のマイクロレオロジー的解釈を改善および拡張します。 私たちの測定とモデリングは、中程度に誘引するガラスと強力に誘引するゲルの間の短距離中間引力を持つ高密度で不規則なコロイド系の光輸送とせん断レオロジー特性の豊かさと複雑さを実証します。

連続液相中のコロイド間に短距離引力相互作用を課すことにより、平衡および非平衡の両方の広範囲のブラウンコロイド系が劇的に変化し、異なる構造形態、動力学、および物理的特性が生じる可能性があります1、2、3、4、5。 、6、7、8。 特に、希薄限界を超えたより高いコロイド体積分率 \(\phi\) と、熱エネルギーよりもはるかに強い引力相互作用 \(k_{\textrm{B}}T\) の場合、ここで \(k_ {\textrm{B}}\) はボルツマン定数、T は温度です。コロイドのネットワークが形成され、コロイドゲルが得られます6、9、10、11、12。 コロイドの形状、サイズ分布、変形性、調製の歴史と系に課せられた流れ、コロイド間引力の種類、範囲、強さはすべて、コロイドの構造、力学、特性に影響を与える可能性のある要因です。ゲル13、14。 たとえば、相互作用ポテンシャルの深い二次引力井戸から生じる、滑りやすい結合によって形成される短距離の強力な引力システムは、せん断剛性によって形成される固体粒子システムとは異なる局所配位数の分布を持つ可能性があります。非常に深い一次誘引井戸1、17から生じる結合14、15、16。 非常に魅力的なコロイドゲルは、局所的に不規則な構造を有する特定のタイプのコロイド系を表しますが、拡散限界クラスター凝集（DLCA）のプロセスを通じて、平均メッシュサイズに関連する特徴的な長さスケールが現れる可能性があります2,18。 対照的に、非常に弱いコロイド引力のもう 1 つの限界では、ほぼ硬い (NH) 相互作用に近づき、急速な浸透圧圧縮によって無秩序なコロイドガラスが形成され、高密度 \(\phi\) になります。 コロイド ガラスをさらに高い \(\phi\) まで浸透圧圧縮すると、コロイド ガラスが詰まる可能性があります。

コロイドゲルとコロイドガラスは両方とも無秩序であり、低周波プラトーせん断弾性を示す可能性がありますが、これらは主に \(k_{\textrm{B}} に対するコロイド引力の強さによって区別される 2 つの異なるタイプの軟弾性システムを表します)た\)。 弱い引力から硬いものまでの範囲の相互作用を持ち、長時間の緩和に欠ける高密度コロイド系をコロイドガラスと呼びます。これは、硬い球のエルゴード-非ネルゴード転移の古典的な概念がこの消失引力の限界に当てはまるためです。 硬質単分散球のガラス転移体積分率のすぐ上の \(\phi\) 、 \(\phi _{\textrm{g}} \おおよそ\) 0.56–0.5819,20,21 の場合、そのような硬質球ガラスは、ゼロ周波数弾性プラトーせん断貯蔵係数 \(G^\prime _\text {p}\) ただし、 \(\phi\) が \(\phi _{\textrm{g}}\) より若干大きくなっても、 \(G^\prime _\text {p}\) の大きさは有限のままです。 たとえば、古典的なモード結合理論 (MCT) 22、23 では、ガラス形成液体および相互作用しにくいコロイド系におけるガラスのダイナミクスが説明されています 24。 MCT は、\(\phi\) が \(\phi _{\textrm{g}}\) に向かって上昇するにつれて、密度変動の緩和時間の発散を予測します。 しかし、さらに大きな \(\phi\) の場合、硬くて硬い球のコロイドガラスは最大ランダム ジャミング (MRJ) ポイント 25、\(\phi _{\textrm{MRJ}} \おおよそ\) 0.646 (洞察力に富んだ改良) に近づきます。ランダム最密充填の以前の概念 26) では、理想的に硬いコロイドが詰まって接触すると、ゼロ周波数 \(G^\prime _\text {p}\) が効果的に発散します。 対照的に、空間充填ネットワークで構成されるコロイドゲルは、 \(\phi\) に対して \(\phi _{\ textrm{g}}\)。 どちらの場合も、コロイド オブジェクトが剛性の高い固体球ではなく柔らかい場合、この柔らかさが動作を変える可能性があり、 \(G^\prime _\text {p}\) は \(\phi _{ \textrm{MRJ}}\)27. さらに、短距離引力の強さと、引力よりもさらに短距離に存在する可能性のある安定化斥力も、 \(G^\prime _\ の開始と \(\phi\) 依存性の両方に影響を与える可能性があります。テキスト {p}\)28,29。 \(\phi\) が十分に低く、中程度の引力の場合、気体状のモノマー相と液体状の非浸透性クラスター相との二相共存が発生する可能性があります 6,30,31。 それでも、 \(\phi _{\textrm{g}}\) をはるかに下回る \(\phi\) では、せん断剛性の浸透ネットワークが存在しないため、そのようなガス クラスター システムのせん断レオロジーは主に粘性になります。弾力性がない。