《流體動力學作用和重力對分散物質聚集速率影響的研究》是依託中國科學院力學研究所，由孫祉偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：流體動力學作用和重力對分散物質聚集速率影響的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫祉偉
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分散體系是隨處可見，影響廣泛的物質體系。當液相中的分散相物質從分散態過渡到聚集態時，整個體系的許多性質（包括流變特性）都可能發生顯著的變化。即便對於聚集態體系來說，因聚集程度不同，體系也會對應於很不同的特性。因此對分散體系的聚集行為和穩定性的深入認識十分重要。這方面的研究雖由來已久，但至今仍有許多問題並不清楚。其中包括聚集速率常數的實驗值遠比理論值低（一般只有Smoluchowski理論值的40－60％）這一公認的事實。本項目將通過不同參數條件下測定聚集速率的比較，結合計算機模擬及對布朗運動粒子碰撞的直接觀察，研究Smoluchowski理論中未考慮的粒子間流體動力學作用，流體力學半徑和幾何半徑的區別，以及重力沉降等方面對聚集速率的影響，探討這些因素在什麼程度上影響聚集。為完善分散物質聚集動力學的理論模型提供條件，同時強化與聚集行為相關的套用基礎。
結題摘要
基於實驗和計算機模擬方面的工作，可以歸納如下的研究成果： 流體力學作用可以使快聚集的聚集速率下降30%以上，是造成聚集速率常數的實驗值遠比理論值低的主要原因，重力對單分散體系來說在聚集起始階段的影響可以忽略，隨聚集過程的發展才逐漸曾大。研究了帶電粒子流體力學半徑對估算膠體微球聚集速率常數的影響。發現其影響與粒子半徑和體系中的離子強度有關。隨著粒子半徑的減小，流體力學半徑的影響增大；隨著離子強度的增加，流體力學半徑的影響減小。 精確測量聚集速率在工業生產和理論探索方面都是一個基本前提。在為“Soft Matter”雜誌撰寫的一篇特邀綜述文章，我們以全新的概念和思路，系統評述了光散射測量的各種方法，把測量聚集速率的濁度法和光散射法從理論上做了統一表述、比較。Advances in Colloid and Interface Science (影響因子IF=8.12)的一篇文章的作者用詳細介紹了我們的一系列工作。我們還特別從實驗上已經驗證了在波長上確實存在測量盲區的基礎上，預言光散射測量上也會存在測量角度上的盲區。 計算分析了濁度法測量中檢測器接收到的前向散射光的影響，給出了如何修正前向散射的影響指導性原則，對不同的粒子大小和入射光波長，研究了前向散射引起的絕對聚集速率常數測量的誤差，解決了濁度法測量中前向散射光影響的問題。 用T 矩陣法直接計算靜態光散射和動態光散射所必須的粒子散射特性，簡化了靜態光散射和動態光散射測量聚集速率的方法，為擴展其套用範圍開闢了新途徑。 模擬研究了不同參數條件下剪下和布朗運動的耦合對膠體粒子聚集過程的影響規律。發現，布朗運動引起的粒子和聚集體的重新分布，對膠體粒子聚集過程有很大影響，導致剪下和布朗運動對聚集的影響不能簡單疊加。較低的Peclet數和較高的Peclet數下的聚集速率常數表達式的差別，也歸因於此。 用物理力學從體系組成粒子的微觀信息得到巨觀性質的研究思路，分析了膠體穩定性的兩個處理方法。即用光鑷從人工誘導的碰撞的微觀層次測量的結果得出通常的體系穩定比的方法；使用T矩陣方精確計算雙粒子聚合體的消光截面，從而大幅度提高了濁度法測量聚集速率常數的精度和測量範圍。 膠體粒子在一定條件下可以形成有序結構，膠體晶體，這種結構的變化對粒子的擴散，乃至整個體系的流變學特性帶來極大改變。我們在這方面開展的工作包括：利用反射光譜實現了結構的快速檢驗，
