Debye-Scherrer Light-Scattering Patterns for Dilute Colloidal Suspensions Undergoing Shear Flow

1984 ◽  
Vol 52 (6) ◽  
pp. 473-475 ◽  
Author(s):  
David Ronis
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Shear Flow ◽  
Colloidal Suspensions

Kinetics of flowing dispersions. X. Oscillations in optical properties of streaming suspensions of spheroids

1977 ◽  
Vol 55 (24) ◽  
pp. 4243-4256 ◽  
Author(s):  
A. Okagawa ◽  
S. G. Mason
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Shear Flow ◽  
General Pattern ◽  
Relaxation Times ◽  
Simple Shear Flow ◽  
Scattering Coefficients ◽  
Human Red Blood Cells ◽  
Dielectric Particles ◽  
Dilute Suspensions ◽  
Orientation Distributions

Transients in angular light scattering and turbidity of dilute suspensions of nearly monodisperse spheroidal particles undergoing simple shear flow have been investigated by combining Rayleigh–Debye light scattering theory for single dielectric particles with fluid mechanical theory for the orientation distributions of particle assemblies in shear flow. Applying shear to an initially isotropic suspension causes the orientation distributions and thus the angular scattering coefficients to oscillate. Various geometrical arrangements are considered with a view to selecting those that will maximize such rheo-optical effects.By calculating the optical scattering cross section of a single particle, the turbidity of a suspension is obtained; like the scattering coefficient, it undergoes oscillations that are damped by (1) the inevitable spread in particle shape and volume in real systems, (2) shear-induced particle interactions, and (3) rotary Brownian motion. The rates of damping, expressed as relaxation times, are considered for the three mechanisms acting alone or in concert.Preliminary measurements of the turbidity of dilute suspensions of hardened human red blood cells confirm this general pattern of behavior. Apart from their intrinsic interest, such rheo-optical effects can be used to determine a number of useful properties of dispersions.

Dynamics of concentrated colloidal suspensions

2018 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτα Μπόγρη
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Dynamic Light Scattering ◽  
Van Der Waals ◽  
Colloidal Suspensions

Τα κολλοειδή διαλύματα διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην καθημερινότητά μας, αφού τα συναντάμε σε μια πληθώρα φυσικών, βιολογικών και βιομηχανικών προϊόντων, όπως αφροί, γέλες, γαλακτώματα, πάστες, λιπαντικά υλικά, χρώματα, φαρμακευτικά προϊόντα κ.α.. Σε πολλές εφαρμογές, τα κολλοειδή διαλύματα υποβάλλονται σε διάτμηση, η οποία επηρεάζει σημαντικά την μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Συνεπώς, για τον καλύτερο δυνατό χειρισμό τέτοιων υλικών, απαιτείται η ουσιώδης κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ δομής, δυναμικής και ρεολογικής συμπεριφοράς των κολλοειδών τόσο σε κατάσταση ηρεμίας όσο υπό διάτμηση.Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη της δομής και της δυναμικής τριών κατηγοριών κολλοειδών συστημάτων διαφορετικής αρχιτεκτονικής, μέσω της χρήσης διάφορων τεχνικών όπως σκέδαση φωτός, ρεολογίας και μικροσκοπίας. Αρχικά μελετήσαμε τη δομή και τις υδροδυναμικές ιδιότητες υδατικών κολλοειδών διαλυμάτων που περιέχουν ελλειψοειδή σωματίδια διαφόρων λόγων διαστάσεων, χρησιμοποιώντας Πολωτική (DLS) και Αποπολωτική (DDLS) Σκέδαση Φωτός. Τα εν λόγω κολλοειδή διαλύματα μελετήθηκαν σε απουσία και παρουσία μονοσθενούς άλατος. Εν συνεχεία, μελετήθηκε η δομή και η δυναμική κολλοειδών διαλυμάτων χαλαρών ισότροπων σωματιδίων τύπου πυρήνα-κορώνας στην περιοχή που βρίσκονται στην υγρή μορφή καθώς και στην υαλώδη κατάσταση. Τα εν λόγω κολλοειδή αποτελούνται από πολυμερικές αλυσίδες διαφόρων μοριακών βαρών που είναι συνδεδεμένες μέσω χημικών δεσμών στην επιφάνεια του πυρήνα. Στη περιοχή που τα σωματίδια βρίσκονται στην υγρή τους μορφή, χρησιμοποιήσαμε την τεχνική 3DDLS προκειμένου να εξαλείψουμε την επίδραση του φαινομένου της πολλαπλής σκέδασης, η οποία οφείλεται στη μεγάλη διαφορά δείκτη διάθλασης μεταξύ σωματιδίων και διαλύτη. Στην υαλώδη περιοχή, χρησιμοποιήσαμε την τεχνική Multi-Speckle Dynamic Light Scattering έτσι ώστε να μελετήσουμε την «παγωμένη» δυναμική των κολλοειδών. Για το σκοπό αυτό ακολουθήσαμε την εξέλιξη του πιο αργού χρόνου χαλάρωσης της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης. Αναλόγως του κλάσματος όγκου και της πολυδιασποράς των διαλυμάτων, παρατηρήθηκαν δομικές αλλαγές οι οποίες οδήγησαν ή όχι σε μετάβαση από την υαλώδη στην κρυσταλλική περιοχή. Τέλος, μελετήσαμε θερμο-αποκρινόμενα κολλοειδή συστήματα που αποτελούνται από χαλαρά σωματίδια τύπου πυρήνα-κορώνας, όπου δίκτυο πολυμερικών αλυσίδων (υδρογέλη) είναι προσδεμένο χημικά σε ένα πυρήνα. Ο θερμο-αποκρινόμενος χαρακτήρας της κορώνας επιτρέπει την σταδιακή αλλαγή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων από απωστικές ηλεκτροστατικές σε ελκτικές Van der Waals, μόνο με την εναλλαγή της θερμοκρασίας κάτω ή πάνω από την Χαμηλότερη Κρίσιμη Θερμοκρασία Διαλύματος (LCST). Κατά τον τρόπο αυτό, μελετάται η επίδραση της μεταβολής των αλληλεπιδράσεων στη δομή και τη δυναμική τόσο σε αραιά όσο και σε πυκνά διαλύματα. Στα πυκνά διαλύματα, η μεταβολή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των κολλοειδών οδηγεί στην μετάβαση από υαλώδη φάση σε ρευστή (και οι δύο φάσεις χαρακτηρίζονται από απωστικές αλληλεπιδράσεις) και σε κολλοειδείς γέλες (η φάση αυτή χαρακτηρίζεται από ελκτικές αλληλεπιδράσεις). Επιπρόσθετα, μελετήσαμε την περίπτωση προσθήκης υψηλής ποσότητας μονοσθενούς άλατος, ώστε να επιτύχουμε την αποτελεσματική ακύρωση των ηλεκτροστατικών απωστικών αλληλεπιδράσεων, η οποία έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση ενδιαφερόντων φαινομένων συσσωμάτωσης των σωματιδίων. Για την πραγματοποίηση των εν λόγω μελετών χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές σκέδασης, καθώς και ιξωδομετρία, μικροσκοπία και γραμμική και μη-γραμμική ρεολογία, τόσο σε κατάσταση ηρεμίας, όσο και υπό διάτμηση.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document