1。2。2剪切增稠机理

    目前可以解释剪切增稠现象的理论有两种，一种是有序-无序结构转变理论（ODT）；另一种是粒子簇理论。

ODT机理认为，悬浮液的有序微观结构破坏引起了Brownian运动和颗粒间作用力，从而导致弹性热动力应力，这就是剪切增稠流体年度增加的原因。流变光学实验、小角中子

散射(SANS)实验等说明ODT机理并不是剪切增稠现象的充要条件。而粒子簇理论认为，克服Brownian运动和颗粒间作用力的强粘性流动所导致的流体润滑力是瞬时粒子簇“hydroclusters”形成的根本原因。如图1。2a所示，平衡状态下粒子无规则地分散在介质中。随后当有外力对流体进行冲击作用时（如图1。2b所示），分散相粒子会一起朝一个方向运动，粒子逐渐排列整齐，最终出现类似片层状的结构，粘度下降，产生了剪切变稀现象；而当剪切速率逐渐增大时（如图1。2c所示），粒子与分散溶质间、粒子与粒子间发生了一系列的物理化学作用，粒子分布排列变的混乱，导致液体粘度增大，从而产生剪切增稠现象[9]。

图1。2  剪切增稠机理示意图 

对于“粒子簇”生成的机理，Brady在他的动态模拟实验中发现，由于流体作用力促使微观自组装“粒子簇”的生成而引起的亚稳态“粒子簇”被很薄的介质隔离，但严重的阻碍了流体的流动，使得体系粘度增大。此外，通过流变-光学（rheo-optical）实验、应力阶流变性测试以及小角度中子散射（SANS），也都进一步证实了剪切增稠是由于“粒子簇”的生成而引起的。通过Stokesian Dynamics方法，Bossis和Melrose[10,11]对临界剪切点进行了计算机模拟预测，进一步论证了“粒子簇”的形成机理。而Brady的统计理论证实流体作用力(lubrication hydrodynamics)这一单因素导致了剪切增稠微观结构的变化。

1。3剪切增稠流体流变性能的影响因素

影响STF流变行为的因素有很多，粒子、分散介质、温度以及颗粒浓度等均会影响STF的流变特性。

1。3。1粒子的影响

分散相粒子是影响STF流变性能的因素之一，包括粒子形状、粒径大小等。在颗粒体积分数相同的条件下，颗粒平均粒径越小，颗粒数量越多，颗粒排列得就越紧凑，颗粒间彼此干扰的概率就越大，颗粒移动的阻力越大，相应的剪切增稠行为越明显。

图1。3。1  不同粒径粒子下的STF粘度与剪切应力的关系

Barnes[12]等人对粒子形状对STF流变性能的影响进行了研究。结果表明球形粒子由于分散性好，其体系的粘度较低，能够配置固含量较高的剪切增稠体系[13]，且只有在较高固含量时，才表现出剪切增稠特性。同时球形粒子的悬浮液具有良好的流动性，剪切增稠后软化速度快，这样就保证了下次冲击时有足够的缓冲时间来恢复流体状态，避免发生累积性的破坏，故球形粒子制备的STF适用范围广。

图1。3。2  不同颗粒形状下的STF粘度与剪切速率的关系

1。3。2分散介质的影响

不同的分散介质改变了粒子与粒子之间和粒子与介质之间的相互作用，从而导致流变特性有很大的差别。目前研究所用的介质一般为水、乙二醇等极性介质。若Si02粒子分散在非极性介质中，Si02粒子相互聚集使体系产生絮凝，导致体系具有剪切变稀特性。伍秋美分别研究了分散介质PEG和甘油(GL)对流变性能的影响。PEG具有较长的分子链，空间位阻作用较强，需要较大的流体作用力才能克服空间位阻，从而促使粒子堆积形成“粒子簇”，因此PEG体系的临界剪切力大于体系[14]。文献综述