[論文レビュー] Jamming Transitions in a Mode-Coupling Model of Suspension Rheology

C. B. Holmes, Matthias Fuchs+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2002

Material Dynamics and Properties被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、剪断されるコロイド系におけるジャミング転移を研究するため、応力および剪断速度に依存する記憶関数を備えた模式的モード結合モデルを提案する。このモデルは、応力区間内で流れがゼロとなる明確に分離された非エルゴディックなジャミング状態を特定し、従来のモード結合ガラス転移や流体力学的剪断強化とは解析的に異なる特徴を示す。

ABSTRACT

We study the steady-state response to applied stress in a simple scalar model of sheared colloids. Our model is based on a schematic (F2) model of the glass transition, with a memory term that depends on both stress and shear rate. For suitable parameters, we find transitions from a fluid to a nonergodic, jammed state, showing zero flow rate in an interval of applied stress. Although the jammed state is a glass, we predict that jamming transitions have an analytical structure distinct from that of the conventional mode coupling glass transition. The static jamming transition we discuss is also distinct from hydrodynamic shear thickening.

研究の動機と目的

• 簡略化されたモード結合フレームワークを用いて、剪断されるコロイド系の定常状態の流れ応答を調査すること。
• 特に流れの停止に注目し、外力応力下で非エルゴディックなジャミング状態がどのように出現するかを検討すること。
• このジャミング転移の解析的構造が、従来のモード結合ガラス転移とはどのように異なるかを特定すること。
• この静的ジャミング転移と流体力学的剪断強化機構との違いを明確にすること。

提案手法

• 応力および剪断速度に依存する記憶核を含むように、模式的 F2 モード結合モデルを適応する。
• 剪断系における非平衡効果を捉えるために、応力および剪断速度に依存する核を導入する。
• 定常状態解の解析を通じて、外力応力下で流れがゼロとなる領域を特定する。
• このジャミング転移の解析的構造を、従来のモード結合ガラス転移と比較する。
• 非エルゴディック状態が出現するパラメータ領域におけるモデルの挙動を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 記憶核に応力および剪断速度を組み込むことで、流れがゼロとなる非エルゴディックなジャミング状態が得られるか？
• RQ2 このジャミング転移の解析的構造は、従来のモード結合ガラス転移とはどのように異なるか？
• RQ3 観察されたジャミング転移は、流体力学的剪断強化機構と区別できるか？
• RQ4 システムが流れがゼロとなる応力区間を示す、つまりジャミング状態となる条件は何か？

主な発見

• モデルは、外力応力の有限区間において流れがゼロとなる非エルゴディックなジャミング状態を示し、真のジャミング転移を示している。
• このジャミング転移は、非エルゴディック性を含む点では従来のモード結合ガラス転移と類似しているが、解析的構造が明確に異なる。
• ジャミング状態は、記憶核内の応力と剪断速度の相乗作用に起因し、流体力学的効果とは無関係である。
• この転移は静的性質を示し、ガラス転移に一般的に見られる動的停止メカニズムに依存しない。
• モデルは、ジャミングと剪断強化の明確な分離を予測しており、ジャミングは流体力学的不安定性によって駆動されていない。