コロイドスーパーボールのレオロジーとダイナミクス

コロイド合成の最近の進歩により、正確に制御された非球状粒子の幅広い配列を生成することが可能になります。これは、特に粒子の相互作用が重要なコロイド分率のコロイド懸濁液のダイナミクスで粒子形状が果たす役割を調べるユニークな機会を提供します。擬似立方シリカスーパーボールの懸濁液におけるバルクレオロジーとマイクロスケール拡散の両方を特徴付けることにより、粒子形状の役割を調べます。これらのよく特徴づけられた形状のコロイドを使用して、形状を介した粒子相互作用から分離された粒子の流体力学に形状効果を解きほぐすことができます。孤立したスーパーボールの流体力学的特性は、比較的サイズの硬質球とわずかに異なることがわかります。ただし、形状を介した相互作用により、サスペンション微細構造が変更され、スーパーボールの自己拡散に大きな違いが生じます。この除外されたボリューム相互作用は、スーパーボールボリューム画分の再スケーリングでキャプチャできますが、ハードスパイの結果に単純な再スケーリングを逆にする中程度に濃縮されたスーパーボールサスペンションのせん断肥厚挙動の定性的な違いが観察されます。この研究は、コロイド溶液のレオロジーとダイナミクスに対する形状の影響に関連する未知のものを定義するのに役立ちます。

Recent advances in colloidal synthesis make it possible to generate a wide array of precisely controlled, non-spherical particles. This provides a unique opportunity to probe the role that particle shape plays in the dynamics of colloidal suspensions, particularly at higher volume fractions, where particle interactions are important. We examine the role of particle shape by characterizing both the bulk rheology and micro-scale diffusion in a suspension of pseudo-cubic silica superballs. Working with these well-characterized shaped colloids, we can disentangle shape effects in the hydrodynamics of isolated particles from shape-mediated particle interactions. We find that the hydrodynamic properties of isolated superballs are marginally different from comparably sized hard spheres. However, shape-mediated interactions modify the suspension microstructure, leading to significant differences in the self-diffusion of the superballs. While this excluded volume interaction can be captured with a rescaling of the superball volume fraction, we observe qualitative differences in the shear thickening behavior of moderately concentrated superball suspensions that defy simple rescaling onto hard sphere results. This study helps to define the unknowns associated with the effects of shape on the rheology and dynamics of colloidal solutions.