發(fā)布時(shí)間：2021-06-07 10:57

　　基于單顆粒追蹤方法研究了不同溫度與濃度下聚氧化乙烯（PEO）溶液的微觀流變特性。根據(jù)廣義Stokes-Einstein關(guān)系及復(fù)雜流體黏彈性理論,利用顆粒追蹤技術(shù),對(duì)濃度為0.4wt%～1.0wt%的PEO溶液在25℃、35℃和45℃時(shí)的微觀流變特性進(jìn)行了測(cè)量和分析。研究結(jié)果表明,隨著被測(cè)溶液濃度的增加,探針顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)受限趨勢(shì)增大,其中濃度為1.0wt%的PEO溶液在25℃時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)受限最為顯著。黏彈特性模量求解結(jié)果表明:在實(shí)驗(yàn)條件下,PEO溶液的黏性模量（G″（ω））占主導(dǎo)而彈性模量（G′（ω））表現(xiàn)較弱;在相同溫度下,黏彈性模量隨著溶液濃度上升而增大;隨著溫度的升高,溶液彈性模量和黏性模量都呈現(xiàn)減小趨勢(shì),且彈性模量減小速率大于黏性模量減小速率。均方位移標(biāo)準(zhǔn)差分析表明,基于單顆粒追蹤的微流變測(cè)量誤差隨追蹤時(shí)間的增加呈增大趨勢(shì)。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2020,34(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

顆粒在高分子溶液中受鏈狀分子網(wǎng)絡(luò)限制的示意圖

為開(kāi)展溫度變量下的微流變研究，本文設(shè)計(jì)了一套對(duì)被測(cè)樣品溫度進(jìn)行控制的方案。溫度裝置如圖3所示，分為恒溫加熱和水浴保溫兩部分。圖3(a）為恒溫加熱箱（上海一恒，溫度分辨率/波動(dòng)值：0.1℃/±0.5℃），圖3(b）是由包覆了保溫層的特制玻璃方缸制成的水浴保溫裝置。圖3(c）是待測(cè)溶液載玻片，使用凹槽載玻片（凹槽半徑7mm，槽深0.4～0.6mm）與PDMS鍵合制作而成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先向載玻片內(nèi)注入制備好濃度的待測(cè)溶液，然后使用硅橡膠黏合劑將進(jìn)出口密封。接下來(lái)，將盛有待測(cè)溶液的載玻片放入保溫玻璃方缸中進(jìn)行水浴加熱，加熱時(shí)將載玻片與玻璃方缸一同放入已達(dá)設(shè)定溫度值的恒溫加熱箱內(nèi)，靜置20min后取出方缸，置于倒置顯微平臺(tái)觀測(cè)區(qū)進(jìn)行探針顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的圖像采集。實(shí)驗(yàn)采用單顆粒追蹤技術(shù)，該方法具有顆粒識(shí)別容易、追蹤準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，可以精確追蹤每個(gè)時(shí)刻的顆粒位置。通過(guò)對(duì)原始圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理、顆粒識(shí)別和追蹤、數(shù)據(jù)處理等，計(jì)算出顆粒布朗運(yùn)動(dòng)均方位移。圖4(a）所示為實(shí)驗(yàn)采集的探針顆粒原始圖像，經(jīng)過(guò)平滑、噪點(diǎn)清除等預(yù)處理后，獲得高質(zhì)量的顆粒圖像，如圖4(b）所示。以上圖像處理是基于Java語(yǔ)言的開(kāi)源軟件ImageJ進(jìn)行的。

微流變實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由倒置顯微平臺(tái)（Lavison）、顯微物鏡（Zeiss）、電子倍增CCD相機(jī)（EMCCD,ANDOR）、連續(xù)激光器（1.5 W，λ=532nm）以及工作站組成。實(shí)驗(yàn)選用直徑0.49μm熒光染色聚苯乙烯微球（Thermo Scientific）作為探針顆粒，該粒徑顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)明顯，能夠準(zhǔn)確反映復(fù)雜溶液的微流變規(guī)律。實(shí)驗(yàn)前，熒光微球原溶液與去離子水按體積比1∶2000配制，因此溶液中的探針顆粒密度足夠低，不會(huì)因少量探針顆粒的加入而改變被測(cè)溶液的微流變特性。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示，532nm連續(xù)激光通過(guò)顯微物鏡照射待測(cè)液體中的熒光探針顆粒，顆粒受激發(fā)后發(fā)射的熒光（波長(zhǎng)約610nm）由EMCCD實(shí)時(shí)采集，由此獲得布朗運(yùn)動(dòng)的圖像。相機(jī)幀率10.664幀/s，每2幀之間的時(shí)間間隔Δt為0.093 77s�？紤]探針顆粒長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)會(huì)偏離平面觀測(cè)視場(chǎng)，單次實(shí)驗(yàn)中連續(xù)拍攝幀數(shù)取為600，采集時(shí)長(zhǎng)為56.26s。為開(kāi)展溫度變量下的微流變研究，本文設(shè)計(jì)了一套對(duì)被測(cè)樣品溫度進(jìn)行控制的方案。溫度裝置如圖3所示，分為恒溫加熱和水浴保溫兩部分。圖3(a）為恒溫加熱箱（上海一恒，溫度分辨率/波動(dòng)值：0.1℃/±0.5℃），圖3(b）是由包覆了保溫層的特制玻璃方缸制成的水浴保溫裝置。圖3(c）是待測(cè)溶液載玻片，使用凹槽載玻片（凹槽半徑7mm，槽深0.4～0.6mm）與PDMS鍵合制作而成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先向載玻片內(nèi)注入制備好濃度的待測(cè)溶液，然后使用硅橡膠黏合劑將進(jìn)出口密封。接下來(lái)，將盛有待測(cè)溶液的載玻片放入保溫玻璃方缸中進(jìn)行水浴加熱，加熱時(shí)將載玻片與玻璃方缸一同放入已達(dá)設(shè)定溫度值的恒溫加熱箱內(nèi)，靜置20min后取出方缸，置于倒置顯微平臺(tái)觀測(cè)區(qū)進(jìn)行探針顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的圖像采集。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]軟物質(zhì)漫談[J]. 王振東,姜楠.  力學(xué)與實(shí)踐. 2014(02)
[2]聚氧化乙烯（PEO）的合成及應(yīng)用[J]. 崔鳳霞,郭春梅,王開(kāi)林,崔連起,戴清文.  精細(xì)石油化工. 1999(06)



本文編號(hào)：3216447