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水凝胶流变学表征

点击次数:799 更新时间:2024-01-10

在了解水凝胶流变学表征前提下,先了解下水凝胶是什么,水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络,水凝胶可以溶胀和保有大量的水,水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高,吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几,也可以高达99%。

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使用上海保圣RH-30流变仪来标准水凝胶流变学特性,流变学是研究材料形变和流动(连续形变)的科学,其作为观察材料内部结构的窗口,在水凝胶研究中占据着重要的一环。那么,该如何选择合适的流变学测试方法来验证以上这些特性呢?通过流变学表征发现,经历不同纤维网络演化的水凝胶,尽管化学组成保持不变,但却具有不同的机械强度和可恢复性能。以往的研究发现经历加热和冷却过程的水凝胶具有更高的机械强度。在本研究中通过程序化控制孵育温度实现对自组装前驱体的结构控制,存在一个最佳初始孵育温度,使得水凝胶具有的机械强度和可恢复性。这个最佳初始温度恰恰是液滴向纤维的转化温度。

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流变学主要研究各种材料的蠕变和应力松弛的现象,具体呈现在材料黏度、模量的变化等。如何通过科学的表征方法验证这些特性呢?接下来,带大家了解一下上海保圣RH-30流变仪在水凝胶研究中常见的流变学应用:

一、黏度

1.测试模式:旋转剪切(单向旋转)

2.简介:流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力。在一定旋转剪切速率下,将剪切应力与剪切速率的比值定义为该剪切速率下的表观剪切黏度,简称为黏度

在一定的时间和温控程序下,沿一定方向、或按一定角频率,在可控的剪切速率/应力/应变下,进行旋转剪切测试,获取黏度随剪切速率/剪切应力/时间/温度的变化关系。

二、模量

1.测试模式:振荡剪切(往复扭转)

2.简介:材料抵抗弹性变形的能力--多硬或多软。

储能模量(G’):又称为弹性模量,是指材料在发生形变时,由于弹性(可逆)形变而储存能量的大⼩,反映材料弹性大小。

损耗模量(G’’):又称粘性模量,是指材料在发生形变时,由于粘性形变(不可逆)⽽损耗的能量大⼩,反映材料粘性大小。

三、剪切稀化

1.简介:通常剪切稀化现象是对流体的表征,由于流体中的粒子发生定向、伸展、变形或分散等使流动阻力减少而造成的。而对于水凝胶是先发生屈服,变成流体后出现剪切稀化现象,一般选用旋转测试,以剪切速率为变量。

2.测试方式:在一定的时间和温度程序下,沿一定方向,逐渐增大剪切速率或剪切应变,测试黏度随剪切速率或剪切应变的变化关系。若黏度或模量可随着剪切速率或剪切应变的增大而逐渐减小,则表明该水凝胶具有剪切稀化特性。


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