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剪切稀化(假塑性)

1925
  • Wilhelm Ostwald
Demonstration of shear-thinning behavior in a laboratory with ketchup.

(图片仅供参考)

剪切稀化,或称假塑性,是一种 非牛顿流体 流体行为 粘度 随着剪切应力的增加,流动性降低。许多常见物质,例如番茄酱或油漆,都具有这种特性。静止时,它们粘稠,但摇晃、搅拌或涂抹时流动性会增强。这种特性通常可以用奥斯特瓦尔德-德瓦勒幂律关系来描述。

Shear-thinning behavior is typically caused by the alignment of the fluid’s internal structure under shear. In polymer solutions, for instance, long-chain molecules are randomly coiled and entangled at rest, leading to high 粘度. When shear is applied, these chains begin to untangle and align in the direction of flow. This alignment reduces the interactions and friction between the molecules, causing a decrease in the apparent viscosity. The more the fluid is sheared, the more aligned the molecules become, and the lower the viscosity gets, until it potentially reaches a lower plateau.

这种特性在许多应用中都非常理想。例如,油漆在罐中应该足够浓稠,以防止颜料沉淀和从刷子上滴落(低剪切力),但涂到表面上时又必须易于流动(高剪切力)。同样,印刷油墨需要从印刷机流到纸上,然后保持不动而不晕染。在食品工业中,酸奶和奶油等产品的设计使其入口浓稠(低剪切力),但易于吞咽(高剪切力)。剪切稀化的反义词是 剪切增稠其中粘度随剪切速率的增加而增加。

UNESCO Nomenclature: 2210
– Mechanics

类型

Physical Property

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 胶体和聚合物溶液中异常粘度的观察
  • 开发能够测量不同剪切速率下粘度的粘度计
  • Newton’s law of viscosity as a baseline for comparison

应用程序

  • 罐中很厚但用刷子很容易涂抹的油漆
  • 摇晃后番茄酱很容易从瓶子里流出来
  • 指甲油涂抹顺滑,但不会脱落
  • 血液循环,因为血液是一种剪切稀化流体
  • 易于泵送但可以悬浮静止岩屑的钻井泥浆

专利:

NA

潜在创新理念

  • 自流平地板化合物,浇注时容易流动,但凝固速度快
  • 用于电子产品的喷涂涂层,在应用时很薄,但会形成厚的保护层
  • 先进的灭火泡沫,可以轻松泵送,但能粘附在垂直表面上
  • 可以轻松涂抹在皮肤上但感觉丰润厚实的美容霜
  • injectable hydrogels for tissue engineering that flow through a needle but solidify in place
  • 用于高速机械的润滑剂,可稀释以减少运行过程中的摩擦
  • 智能粘合剂易于涂抹,且具有较高的粘合强度
  • 稳定但口感清淡的烹饪泡沫
Related to: shear-thinning, pseudoplastic, viscosity, rheology, polymer solutions, ketchup, paint, power-law fluid.

历史背景

剪切稀化(假塑性)

1921
1922
1924
1925
1926
1926
1927
1920
1921
1924
1924
1925
1926
1927
1927

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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