水凝膠流變學表征

在了解水凝膠流變學表征前提下，先了解下水凝膠是什么，水凝膠（Hydrogel）是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。由于存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，水凝膠可以溶脹和保有大量的水，水的吸收量與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越高，吸水量越低。這一特性很像一種軟組織。水凝膠中的水含量可以低到百分之幾，也可以高達99%。

使用上海保圣RH-30流變儀來標準水凝膠流變學特性，流變學是研究材料形變和流動(連續(xù)形變)的科學，其作為觀察材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的窗口，在水凝膠研究中占據(jù)著重要的一環(huán)。那么，該如何選擇合適的流變學測試方法來驗證以上這些特性呢？通過流變學表征發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷不同纖維網(wǎng)絡(luò)演化的水凝膠，盡管化學組成保持不變，但卻具有不同的機械強度和可恢復性能。以往的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷加熱和冷卻過程的水凝膠具有更高的機械強度。在本研究中通過程序化控制孵育溫度實現(xiàn)對自組裝前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)控制，存在一個最佳初始孵育溫度，使得水凝膠具有的機械強度和可恢復性。這個最佳初始溫度恰恰是液滴向纖維的轉(zhuǎn)化溫度。

流變學主要研究各種材料的蠕變和應力松弛的現(xiàn)象，具體呈現(xiàn)在材料黏度、模量的變化等。如何通過科學的表征方法驗證這些特性呢？接下來，帶大家了解一下上海保圣RH-30流變儀在水凝膠研究中常見的流變學應用：

一、黏度

1.測試模式：旋轉(zhuǎn)剪切（單向旋轉(zhuǎn)）

2.簡介：流體內(nèi)部反抗這種流動的內(nèi)摩擦阻力。在一定旋轉(zhuǎn)剪切速率下，將剪切應力與剪切速率的比值定義為該剪切速率下的表觀剪切黏度，簡稱為黏度

在一定的時間和溫控程序下，沿一定方向、或按一定角頻率，在可控的剪切速率/應力/應變下，進行旋轉(zhuǎn)剪切測試，獲取黏度隨剪切速率/剪切應力/時間/溫度的變化關(guān)系。

二、模量

1.測試模式：振蕩剪切（往復扭轉(zhuǎn)）

2.簡介：材料抵抗彈性變形的能力--多硬或多軟。

儲能模量(G’)：又稱為彈性模量，是指材料在發(fā)生形變時，由于彈性（可逆）形變而儲存能量的大?，反映材料彈性大小。

損耗模量(G’’)：又稱粘性模量，是指材料在發(fā)生形變時，由于粘性形變（不可逆）?損耗的能量大?，反映材料粘性大小。

三、剪切稀化

1.簡介：通常剪切稀化現(xiàn)象是對流體的表征，由于流體中的粒子發(fā)生定向、伸展、變形或分散等使流動阻力減少而造成的。而對于水凝膠是先發(fā)生屈服，變成流體后出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象，一般選用旋轉(zhuǎn)測試，以剪切速率為變量。

2.測試方式：在一定的時間和溫度程序下，沿一定方向，逐漸增大剪切速率或剪切應變，測試黏度隨剪切速率或剪切應變的變化關(guān)系。若黏度或模量可隨著剪切速率或剪切應變的增大而逐漸減小，則表明該水凝膠具有剪切稀化特性。