پیش‌نویس:دیلاتانت
ماده دیلاتانت (به انگلیسی:dilatant) (همچنین به عنوان غلیظ کننده برشی نامیده می شود) یک ماده است که گرانروی آن با نرخ کرنش برشی افزایش می یابد. چنین سیال غلیظ کننده برشی، که با اختصار STF نیز شناخته می شود، مثالی از سیال غیرنیوتونی است. این رفتار معمولاً در مواد خالص مشاهده نمی شود، اما ممکن است در سوسپانسون ها رخ دهد.
دیلاتانت یک سیال غیر نیوتونی است که ویسکوزیته برشی آن با اعمال تنش برشی اعمال شده افزایش می یابد. این رفتار تنها یک نوع از انحراف از قانون نیوتون است و توسط عواملی مانند اندازه ذرات، شکل و توزیع کنترل می شود. خصوصیات این پایدارسازها به نظریه هاماکر و نیروهای نیروهای واندروالس وابسته هستند و ممکن است به صورت الکترواستاتیک یا استریک پایدار شوند. رفتار غلیظ کننده برشی هنگامی رخ می دهد که یک پایدارساز کلوئیدال از حالت پایدار به حالت فلاکولاسیون منتقل می شود. بخش عمده خصوصیات این سامانه ها به شیمی سطح ذرات در پخش، که به عنوان کلوئیدها شناخته می شود، بستگی دارد.
این موضوع با ترکیبی از نشاسته ذرت و آب (که گاهی اوقات به عنوان اوبلک نامیده می شود) که در هنگام ضربه یا پرتاب در برابر سطح به صورت متضاد عمل می کند، به راحتی قابل مشاهده است. شن کاملاً با آب خیس شده نیز به عنوان یک ماده دیلاتانت عمل می کند – به این دلیل این است که هنگام راه رفتن روی شن خیس، یک منطقه خشک مستقیماً زیر پای شما ظاهر می شود.
رئوپکتی یک خاصیت مشابه است که با تنش تجمعی یا با هم زدن در طول زمان افزایش می یابد. مخالف یک ماده دیلاتانت، یک رفتار نازک برشی است.
تعاریف
[ویرایش]دو نوع انحراف از قانون نیوتون که در سیستم های واقعی مشاهده می شود، وجود دارد. رفتار نازک برشی، که در آن گرانروی سیستم با افزایش نرخ تنش برشی کاهش می یابد، که شایع ترین انحراف است. دومین انحراف رفتاردیلاتانت است که با افزایش تنش برشی، گرانروی سیستم نیز افزایش می یابد. این رفتار به دلیل متبلور شدن سیستم تحت تنش و رفتار بیشتر شبیه به جامدات تا مایع است. [۱] بنابراین، گرانروی یک دیلاتانت به تنش برش وابسته است. حضور ذرات معلق معمولا گرانروی یک محلول را تحت تأثیر قرار می دهد. در واقع، با ذرات مناسب، حتی یک سیال نیوتونی هم ممکن است رفتار غیر نیوتونی داشته باشد. گندم ذرت در آب یک مثال از این پدیده است.§ Examples
پارامترهایی که رفتار دیلاتانت را کنترل می کنند عبارتند از: اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات، کسر حجمی ذرات، شکل ذرات، برهمکنش ذره-ذره، گرانروی فاز پیوسته و نوع، نرخ و زمان تغییر شکل. علاوه بر این پارامترها، همه مایعات دیلاتانت، پایدار سازی شده و حجم جامدات در آن نسبتاً بالاست. [۲]
گرانروی یک حلال به عنوان یک تابع از نرخ برشی، توسط معادله توان-قانون تعیین می شود. [۳]
- ,
که در آن η ویسکوزیته است، K یک ثابت مبتنی بر ماده است، و γ̇ نرخ برش اعمال شده است.
رفتار دیلاتانت وقتی اتفاق می افتد که n بزرگتر از 1 باشد.
در جدول زیر مقادیری از گرانروی برای برخی از مواد رایج آورده شده است. [۴] [۵] [۶]
| ماده | گرانروی(cP) |
|---|---|
| بنزن | 0.60 |
| کربن تتراکلرید | 0.88 |
| اتانول | 1.06 |
| آب | 1-5 |
| جیوه | 1.55 |
| پنتالن | 2.24 |
| خون | 10 |
| ضد یخ | 14 |
| سولفوریک اسید | 27 |
| شیره درخت افرا | 150-200 |
| عسل | 2000-3000 |
| سس شکلات | 10,000-25,000 |
| کچاب | 50,000-70,000 |
| کره بادام زمینی | 150,000-250,000 |
سیستم تعلیق تثبیت شده
[ویرایش]یک سوسپانسیون شامل یک فاز با ذرات ریز است که در سراسر یک فاز ناهمگن پخش شده است. رفتار دیلاتانت در سیستم هایی با یک فاز جامد ذره ای درون یک فاز مایع مشاهده می شود. این محلول ها با کلوئید متفاوت هستند زیرا ناپایدار هستند؛ ذرات جامد در پخش کافی برای رسوب شدن هستند و باعث می شوند در نهایت رسوب شوند. در حالی که جامدات پخش شده در کلوئید کوچکتر هستند و نمی توانند رسوب شوند. روش های چندگانه ای برای پایدار سازی تعلیقات وجود دارد، از جمله الکترواستاتیک و استریک.
در یک سوسپانسیون ناپایدار، فاز پخش شده ذره ای به علت نیروهای عمل کننده بر ذرات، مانند گرانش یا جذب هاماکر، از محلول خارج می شود. بزرگی اثر این نیروها برای کشیدن متناسب اندازه ذرات فاز است؛ برای یک ذره بزرگ، نیروهای گرانشی بیشتر از تعاملات ذره به ذره هستند، در حالی که برای ذرات کوچک، بالعکس صادق است. دیلاتانت معمولاً در سوپانسیون ذرات کوچک مشاهده می شود، که نشان دهنده جاذبه ذره به ذره هاماکر است. بنابراین، پایدار سازی یک سوسپانسیون به نیروی دفع کننده متقابل بستگی دارد.
نظریه هاماکر جاذبه بین اجسام مانند ذرات را توصیف می کند. مشخص شد که توضیح نیروهای واندروالس را می تواند از توضیح برهمکنش بین دو مولکول با دوقطبی های القایی به اجسامی در مقیاس ماکرو با جمع بستن تمام نیروهای بین مولکولی به نیرو های بین اجسام رسید. مانند نیروهای واندروالس، نظریه هاماکر بزرگی برهمکنش بین ذره ایی را با مجذور فاصله نسبت معکوس توصیف می کند. بنابراین، بسیاری از سیستم‌های تعلیق تثبیت‌شده دارای یک نیروی دافعه دوربرد هستند که بر جاذبه Hamaker غالب است، زمانی که اجسام متقابل در فاصله کافی قرار دارند، و به طور موثر از نزدیک شدن اجسام به یکدیگر جلوگیری می‌کند. با این حال، در فواصل کوتاه، جاذبه Hamaker غالب است و باعث می شود ذرات منعقد شده و از محلول خارج شوند. دو نیروی متداول دوربرد مورد استفاده در تثبیت سیستم تعلیق، الکترواستاتیک و استریک هستند.
- ↑ Coleman, Paul C. Painter, Michael M. (1997). Fundamentals of polymer science : an introductory text (2nd ed.). Lancaster, Pa.: Technomic. pp. 412–413. ISBN 978-1-56676-559-6.
- ↑ Galindo-Rosales, Francisco J.; Rubio-Hernández, Francisco J.; Velázquez-Navarro, José F. (22 May 2009). "Shear-thickening behavior of Aerosil® R816 nanoparticles suspensions in polar organic liquids". Rheologica Acta. 48 (6): 699–708. Bibcode:1974AcRhe..13.1253J. doi:10.1007/s00397-009-0367-7.
- ↑ Cunningham, Neil. "Rheology School". Brookfield Engineering. Archived from the original on 25 July 2011. Retrieved 4 June 2011.
- ↑ Barnes, H. A.; Hutton, J. F.; Walters, K. (1989). An introduction to rheology (5. impr. ed.). Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-87140-4.
- ↑ Atkins, Peter (2010). Physical chemistry (9th ed.). New York: W. H. Freeman and Co. ISBN 978-1-4292-1812-2.
- ↑ "Viscosity Chart". Research Equipment Limited. Retrieved 4 June 2011.