水凝膠流變學(xué)表征
在了解水凝膠流變學(xué)表征前提下,先了解下水凝膠是什么,水凝膠(Hydrogel)是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠,它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。由于存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),水凝膠可以溶脹和保有大量的水,水的吸收量與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越高,吸水量越低。這一特性很像一種軟組織。水凝膠中的水含量可以低到百分之幾,也可以高達(dá)99%。
使用上海保圣RH-30流變儀來標(biāo)準(zhǔn)水凝膠流變學(xué)特性,流變學(xué)是研究材料形變和流動(連續(xù)形變)的科學(xué),其作為觀察材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的窗口,在水凝膠研究中占據(jù)著重要的一環(huán)。那么,該如何選擇合適的流變學(xué)測試方法來驗(yàn)證以上這些特性呢?通過流變學(xué)表征發(fā)現(xiàn),經(jīng)歷不同纖維網(wǎng)絡(luò)演化的水凝膠,盡管化學(xué)組成保持不變,但卻具有不同的機(jī)械強(qiáng)度和可恢復(fù)性能。以往的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷加熱和冷卻過程的水凝膠具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。在本研究中通過程序化控制孵育溫度實(shí)現(xiàn)對自組裝前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)控制,存在一個最佳初始孵育溫度,使得水凝膠具有的機(jī)械強(qiáng)度和可恢復(fù)性。這個最佳初始溫度恰恰是液滴向纖維的轉(zhuǎn)化溫度。
流變學(xué)主要研究各種材料的蠕變和應(yīng)力松弛的現(xiàn)象,具體呈現(xiàn)在材料黏度、模量的變化等。如何通過科學(xué)的表征方法驗(yàn)證這些特性呢?接下來,帶大家了解一下上海保圣RH-30流變儀在水凝膠研究中常見的流變學(xué)應(yīng)用:
一、黏度
1.測試模式:旋轉(zhuǎn)剪切(單向旋轉(zhuǎn))
2.簡介:流體內(nèi)部反抗這種流動的內(nèi)摩擦阻力。在一定旋轉(zhuǎn)剪切速率下,將剪切應(yīng)力與剪切速率的比值定義為該剪切速率下的表觀剪切黏度,簡稱為黏度
在一定的時間和溫控程序下,沿一定方向、或按一定角頻率,在可控的剪切速率/應(yīng)力/應(yīng)變下,進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切測試,獲取黏度隨剪切速率/剪切應(yīng)力/時間/溫度的變化關(guān)系。
二、模量
1.測試模式:振蕩剪切(往復(fù)扭轉(zhuǎn))
2.簡介:材料抵抗彈性變形的能力--多硬或多軟。
儲能模量(G’):又稱為彈性模量,是指材料在發(fā)生形變時,由于彈性(可逆)形變而儲存能量的大?,反映材料彈性大小。
損耗模量(G’’):又稱粘性模量,是指材料在發(fā)生形變時,由于粘性形變(不可逆)?損耗的能量大?,反映材料粘性大小。
三、剪切稀化
1.簡介:通常剪切稀化現(xiàn)象是對流體的表征,由于流體中的粒子發(fā)生定向、伸展、變形或分散等使流動阻力減少而造成的。而對于水凝膠是先發(fā)生屈服,變成流體后出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象,一般選用旋轉(zhuǎn)測試,以剪切速率為變量。
2.測試方式:在一定的時間和溫度程序下,沿一定方向,逐漸增大剪切速率或剪切應(yīng)變,測試黏度隨剪切速率或剪切應(yīng)變的變化關(guān)系。若黏度或模量可隨著剪切速率或剪切應(yīng)變的增大而逐漸減小,則表明該水凝膠具有剪切稀化特性。