Ingeniører beskriver, hvordan væskesuspensioner udviser forskellig adfærd på skalaer

I den makroskopiske skala opfører flydende suspensioner, såsom dem, der findes i hverdagsprodukter som maling, ketchup eller tandpasta, sig generelt som væsker. De flyder let og kan hældes eller røres. Men når de observeres i mikroskopisk skala, udviser disse suspensioner en mere kompleks adfærd på grund af tilstedeværelsen af ​​suspenderede partikler.

1. Brownsk bevægelse :På det mikroskopiske niveau er de suspenderede partikler i en flydende suspension udsat for Brownsk bevægelse. Dette er den tilfældige bevægelse af partikler på grund af deres kollision med de omgivende væskemolekyler. Brownsk bevægelse får partiklerne til at bevæge sig i et zigzag-mønster, der konstant ændrer deres retning og hastighed.

2. Sedimentering og flødedannelse :På grund af forskelle i densitet mellem de suspenderede partikler og væsken kan sedimentering og flødedannelse forekomme. Sedimentering er bundfældning af tungere partikler mod bunden af ​​suspensionen, mens flødedannelse er stigningen af ​​lettere partikler mod toppen. Disse processer er påvirket af faktorer som partikelstørrelse, tæthed og væskens viskositet.

3. Aggregation og flokkulering :Suspenderede partikler i en væske kan interagere med hinanden gennem forskellige kræfter, herunder van der Waals-kræfter, elektrostatiske kræfter og steriske kræfter. Disse interaktioner kan føre til dannelsen af ​​aggregater eller flokke, hvor flere partikler kommer sammen og danner større strukturer. Dannelsen af ​​aggregater og flokke påvirker suspensionens generelle adfærd og egenskaber.

4. Forskydningsfortyndende og forskydningsfortyndende adfærd :Nogle suspensioner udviser ikke-newtonsk adfærd, såsom forskydningsfortykkelse eller forskydningsudtynding. I forskydningsfortykkende suspensioner stiger viskositeten med stigende forskydningshastighed, hvilket bevirker, at suspensionen bliver mere modstandsdygtig over for strømning. Omvendt i forskydningsfortyndende suspensioner falder viskositeten med stigende forskydningshastighed, hvilket får suspensionen til at flyde lettere.

5. Gelation og faseadskillelse :Under visse forhold kan flydende suspensioner gennemgå gelering eller faseadskillelse. Gelering opstår, når et netværk af indbyrdes forbundne partikler dannes gennem suspensionen, hvilket giver den en halvfast eller gel-lignende konsistens. Faseadskillelse sker på den anden side, når suspensionen adskilles i adskilte faser, såsom en koncentreret partikelfase og en klar væskefase.

Forståelse af disse forskellige adfærd af væskesuspensioner i mikroskopisk skala er afgørende for formulering og optimering af forskellige produkter og materialer, såsom maling, kosmetik, lægemidler og fødevarer. Ved at kontrollere partikelkarakteristika, interaktioner og miljøforhold er det muligt at skræddersy egenskaberne og ydeevnen af ​​væskesuspensioner til specifikke anvendelser.