[論文レビュー] How colloidal suspensions that age are rejuvenated by strain application

Virgile Viasnoff, Stéphane Jurine+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2002

Material Dynamics and Properties被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、振幅と継続時間に応じて、振動的せん断ひずみが密度の高いコロイド懸濁液を再生させたり、過剰に老化させたりすることを示している。マルチスプライクル・ディフュージング・ウェーブ・スペクトロスコピーを用いて、著者らは、高ひずみが記憶を消去（再生）し、中程度のひずみが老化を加速（過剰老化）することを示した。ソフトグラッシィ・ラバリティ（SGR）モデルは、二峰性の緩和時間分布を介して、この二重の挙動を説明している。

ABSTRACT

We present here a microscopic study of the effect of shear on a dense purely repulsive colloidal suspension. We use Multispeckle Diffusing Wave Spectroscopy to monitor the transient motions of colloidal particles after being submitted to an oscillatory strain. This technique proves efficient to record the time evolution of the relaxation times distribution. After a high oscillatory shear, we show that this distribution displays a full aging behavior. Oppositely, when a moderate shear is applied the distribution is modified in a non trivial way. Whereas high shear is able to erase all the sample history and rejuvenate it, a moderate shear helps it to age. We call this phenomena overaging. We demonstrate that overaging can be understood if the complete shape of the relaxation time distribution is taken into account. We finally report how the Soft Glassy Rheology model accounts for this effect.

研究の動機と目的

• 振動的ひずみが老化するコロイド懸濁液の動的緩和に与える微視的効果を調査すること。
• ひずみがガラス的コロイド系において老化を消去するか、あるいは加速させることができるかどうかを特定すること。
• 非単調な緩和ダイナミクスの実験的観察を、ソフトグラッシィ・ラバリティ（SGR）モデルと調和させること。
• 緩和時間の全分布が、機械的摂動に対する系の応答をどのように決定づけるかを分析すること。

提案手法

• 応用後の一時的粒子運動をモニタリングするために、マルチスプライクル・ディフュージング・ウェーブ・スペクトロスコピー（MSDWS）を用いた。
• 記憶効果を調査するために、さまざまな振幅（γ₀）と継続時間（du）の振動的ひずみ履歴を適用した。
• 老化、再生、過剰老化を検出するために、緩和時間分布P(ε)の時間発展を測定した。
• エネルギー依存する脱出率Γ_out(E)と進入率Γ_in(E)を用いたソフトグラッシィ・ラバリティ（SGR）モデルを用いて、ひずみ効果をシミュレートした。
• 脱出率に乗法的要因exp[(1/2)kl²/x]を導入することで、エネルギー障壁を変化させた。
• 再生の完全性を評価するために、ひずみ依存の弾性率k = k₀ + κEを組み込んだ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 振動的ひずみは、老化するコロイド懸濁液における緩和時間分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ひずみが系を同時に再生と過剰老化の両方の状態にできるのか、それぞれが支配的になる条件は何か？
• RQ3 ソフトグラッシィ・ラバリティ（SGR）モデルは、観察された二重挙動を定量的にどの程度説明できるか？
• RQ4 緩和時間分布の完全な形状が、巨視的応答を決定づける役割を果たすか？
• RQ5 現実的なひずみ履歴下で完全な再生が可能か？ その条件は何か？

主な発見

• 高振幅の振動的ひずみは、システムの履歴を完全に消去し、緩和時間分布を再設定することで完全な再生を引き起こす。
• 中程度のひずみは過剰老化を誘発し、低エネルギー状態の過剰な占有により、緩和時間分布が長時間側にシフトする。
• ひずみ後に緩和時間分布は二峰性を示すようになる：一方のピークは再生された短時間に対応し、他方は過剰老化した長時間に対応する。
• 過剰老化は、進入率Γ_in(E)が低エネルギー状態の過剰な占有により増加するため生じるが、脱出率Γ_out(E)は変化しない。
• SGRモデルは、完全な再生が、弾性率が井戸の深さに依存する場合（k = k₀ + κE）にのみ可能であり、臨界ひずみγ₀c = 2/κに達する場合に限ることを予測している。
• モデルは、瞬間的な弾性率<k> ∝ log(t_w)の対数的年齢依存性を予測しており、ペースト状コロイド系における実験的観察と一致する。