Yielding and structure under flow of gels and glasses of rod-like colloids

Abstract

In this dissertation we investigate the dynamics, phase behaviour, linear and nonlinearrheological response of suspensions of rod-like colloids with repulsive and attractive interactions.We use rheology in combination with various optical techniques including confocalmicroscopy to elucidate the role of microstructure in mechanical properties and flowbehaviour of rod suspensions. Micron sized silica rods suspended in various density andrefractive index matched solvents were used as the experimental model rod system. Thisdissertation is divided into mainly four parts. The first part discusses the role of confinementon the nonlinear rheological response of dilute suspension of attractive rods. Thesecond part compares the role of pre-shear history on the linear rheological response ofsemi-dilute suspensions of attractive silica sphere and rod suspensions. Third part investigatesthe yielding response of a dense suspension of repulsive silica rods. Fourth andlast part examines the relationship between particle orientation and shear thickening indense silica rod suspension.

Σε αυτή τη διατριβή, ερευνούμε τη δυναμική, τη φασική συμπεριφορά και την γραμμικήκαι μη γραμμική ρεολογική απόκριση κολλοειδών διασπορών ραβδωτών σωματιδίων μεαπωστικές και ελκτικές αλληλεπιδράσεις με έμφαση τις μετασταθείς καταστάσεις υάλων(glasses) και πηκτωμάτων (gels). Χρησιμοποιούμε τη ρεολογία σε συνδυασμό μεδιάφορες οπτικές τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της συνεστιακής μικροσκοπίας για ναδιερευνήσουμε το ρόλο της μικροδομής στις μηχανικές ιδιότητες καθώς και στοφαινόμενο της διαρροής (yielding) των αιωρημάτων ραβδωτών κολλοειδών. Κολλοειδήσωματίδια πυριτίου, μικρομετρικού μεγέθους, σε διάφορες συγκεντρώσεις και διαλύτεςμε διαφορετικές, ελκτικές και απωστικές αλληλεπιδράσεις, χρησιμοποιήθηκαν ως τοβασικό πειραματικό σύστημα-μοντέλο. Η παρούσα διατριβή χωρίζεται σε τέσσερα κυρίωςμέρη. Το πρώτο μέρος συζητά το ρόλο του περιορισμού στη μη γραμμική ρεολογικήαπόκριση υάλων ραβδωτών κολλοειδών με απωστικες αλληλεπιδράσεις. Το δεύτερο μέροςπαρουσιάζει το ρόλο της διατμητικής ιστορίας (pre-shear history) στη γραμμικήρεολογική απόκριση κολλοειδών πηκτωμάτων σφαίρικών ή ραβδωτών κολλοειδών πυριτίουμε ελκτικές αλληλεπιδράσεις. Το τρίτο μέρος της διατριβής εξετάζει το φαινόμενοτης διαρροης πυκνών υάλων απωστικών ράβδωτών κολλοειδών ενώ στο τέταρτο καιτελευταίο μέρος εξετάζεται η σχέση μεταξύ της διάτμησης και του προσανατολισμούτων σωματιδίων σε πυκνά αιωρήματα και υάλους ραβδωτών κολλοειδών που παρουσιάζουνφαινόμενα διατμητικής πάχυνσης (shear thickening)