流体动力学作用和重力对分散物质聚集速率影响的研究

分散体系是随处可见，影响广泛的物质体系。当液相中的分散相物质从分散态过渡到聚集态时，整个体系的许多性质（包括流变特性）都可能发生显著的变化。即便对于聚集态体系来说，因聚集程度不同，体系也会对应于很不同的特性。因此对分散体系的聚集行为和稳定性的深入认识十分重要。这方面的研究虽由来已久，但至今仍有许多问题并不清楚。其中包括聚集速率常数的实验值远比理论值低（一般只有Smoluchowski理论值的40－60％）这一公认的事实。本项目将通过不同参数条件下测定聚集速率的比较，结合计算机模拟及对布朗运动粒子碰撞的直接观察，研究Smoluchowski理论中未考虑的粒子间流体动力学作用，流体力学半径和几何半径的区别，以及重力沉降等方面对聚集速率的影响，探讨这些因素在什么程度上影响聚集。为完善分散物质聚集动力学的理论模型提供条件，同时强化与聚集行为相关的应用基础。

基于实验和计算机模拟方面的工作，可以归纳如下的研究成果：.流体力学作用可以使快聚集的聚集速率下降30%以上，是造成聚集速率常数的实验值远比理论值低的主要原因，重力对单分散体系来说在聚集起始阶段的影响可以忽略，随聚集过程的发展才逐渐曾大。研究了带电粒子流体力学半径对估算胶体微球聚集速率常数的影响。发现其影响与粒子半径和体系中的离子强度有关。随着粒子半径的减小，流体力学半径的影响增大；随着离子强度的增加，流体力学半径的影响减小。.精确测量聚集速率在工业生产和理论探索方面都是一个基本前提。在为“Soft Matter”杂志撰写的一篇特邀综述文章，我们以全新的概念和思路，系统评述了光散射测量的各种方法，把测量聚集速率的浊度法和光散射法从理论上做了统一表述、比较。Advances in Colloid and Interface Science (影响因子IF=8.12)的一篇文章的作者用详细介绍了我们的一系列工作。我们还特别从实验上已经验证了在波长上确实存在测量盲区的基础上，预言光散射测量上也会存在测量角度上的盲区。.计算分析了浊度法测量中检测器接收到的前向散射光的影响，给出了如何修正前向散射的影响指导性原则，对不同的粒子大小和入射光波长，研究了前向散射引起的绝对聚集速率常数测量的误差，解决了浊度法测量中前向散射光影响的问题。.用T 矩阵法直接计算静态光散射和动态光散射所必须的粒子散射特性，简化了静态光散射和动态光散射测量聚集速率的方法，为扩展其应用范围开辟了新途径。.模拟研究了不同参数条件下剪切和布朗运动的耦合对胶体粒子聚集过程的影响规律。发现，布朗运动引起的粒子和聚集体的重新分布，对胶体粒子聚集过程有很大影响，导致剪切和布朗运动对聚集的影响不能简单叠加。较低的Peclet数和较高的Peclet数下的聚集速率常数表达式的差别，也归因于此。.用物理力学从体系组成粒子的微观信息得到宏观性质的研究思路，分析了胶体稳定性的两个处理方法。即用光镊从人工诱导的碰撞的微观层次测量的结果得出通常的体系稳定比的方法；使用T矩阵方精确计算双粒子聚合体的消光截面，从而大幅度提高了浊度法测量聚集速率常数的精度和测量范围。.胶体粒子在一定条件下可以形成有序结构，胶体晶体，这种结构的变化对粒子的扩散，乃至整个体系的流变学特性带来极大改变。我们在这方面开展的工作包括：利用反射光谱实现了结构的快速检验，

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