Microscopic dynamics and rheology of colloidal gels

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, πραγματοποιείται μελέτη της γραμμικής και μη γραμμικής ρεολογικής συμπεριφοράς πυκνών κολλοειδών διαλυμάτων με ελκυκτικές αλληλεπιδράσεις. Για την πλήρη κατανόηση της σχέσης μεταξύ της μικροδομής των κολλοειδών αυτών διαλυμάτων με τις μηχανικές τους ιδιότητες πραγματοποιήθηκαν ρεολογικές πειραματικές, οι οποίες συγκρίθηκαν με προσομοιώσεις Brownian δυναμικής. Το πειραματικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από ένα μίγμα κολλοειδών σκληρών σφαιρών (PMMA) και γραμμικών πολυμερικών αλυσίδων που δεν απορροφούνται από το διαλύτη, οι οποίες παίζουν το ρόλο των depletants. Μελετήθηκαν διάφορες συγκεντρώσεις σωματιδίων και μεγέθους ελκτικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ αραιών κολλειδών γελών και των πυκνών κολλοειδών υάλων. Προκειμένου να εξάγουμε πληροφορίες για τη ρεολογική δομή των υπό μελέτη συστημάτων, χρησιμοποιήθηκαν προσομοιώσεις Brownian δυναμικής. Η παρούσα μελέτη αποτελείται από τέσσερα μέρη. Αρχικά διερευνήσαμε τη ρεολογική διαρροή κολλοειδών ελκτικών υάλων υπό συνθήκες start-up διατμητικής ροής. Μελετήθηκε η επίδραση της μεταβολής του μεγέθους των ελκτικών δυνάμεων για μία συγκεκριμένη συγκέντρωση (φ=0.62) σωματιδίων. Εν συνεχεία, μελετήθηκε η γραμμική και μη-γραμμική ρεολογική συμπεριφορά κολλοειδών γελών διαφόρων συγκεντρώσεων, η γήρανση των αντίστοιχων γελών, καθώς και διαφορετική δυναμική δεσμών μεταξύ των σωματιδίων. Στο τρίτο μέρος, μελετήθηκε η πτωτική εξέλιξη της διατμητικής τάσης με το χρόνο ύστερα από την παύση σταθερής διατμητικής καταπόνησης ενδιάμεσης συγκέντρωσης (φ=0.44) διαλύματος κολλοειδούς γέλης μέσω ρεολογίας και BD προσομοιώσεων. Στο τέλος, διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ δομικών και μηχανικών ιδιοτήτων κολλοειδούς γέλης υπό συνθήκες σταθερούς και ταλαντωτικής διατμητικής ροής, καθώς και παύσης αυτής με τη χρήση πειραμάτων και προσομοιώσεων.