[논문 리뷰] Jamming Transitions in a Mode-Coupling Model of Suspension Rheology

C. B. Holmes, Matthias Fuchs외 1명|arXiv (Cornell University)|2002. 10. 15.

Material Dynamics and Properties인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 응력과 비율에 의존하는 기억 함수를 포함하는 개략적 모드-결합 모델을 제안하여, 가공된 콜로이드에서의 막힘 전이를 연구한다. 이 모델은 유량이 0인 응력 간격 동안 명백히 구분되는 비에르고딕 막힘 상태를 규명하며, 기존의 모드-결합 유리 전이와 유체역학적 비율 증가 현상과는 분석적으로 다름을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 간소화된 모드-결합 프레임워크를 사용하여, 가공된 콜로이드 분산계에서의 정 steady-state 유변학적 반응을 연구하기 위해.
• 특히 유량 정지 현상에 초점을 맞추어, 적용된 응력 하에서 비에르고딕 막힘 상태의 발생을 탐구하기 위해.
• 이 막힘 전이의 분석적 구조가 기존의 모드-결합 유리 전이와 어떻게 다름을 규명하기 위해.
• 이 정적 막힘 전이와 유체역학적 비율 증가 메커니즘 사이의 차이를 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 적용된 응력과 비율에 의존하는 기억 함수를 포함하도록 개략적 F2 모드-결합 모델을 변형하였다.
• 가공된 분산계의 비평형 효과를 기록하기 위해 응력과 비율에 의존하는 커널을 도입하였다.
• 적용된 응력 하에서 유량이 0인 영역을 식별하기 위해 모델의 정상 상태 해를 분석하였다.
• 이 막힘 전이의 분석적 구조를 기존의 모드-결합 유리 전이와 비교하였다.
• 비에르고딕 상태가 나타나는 매개변수 영역에서 모델의 거동을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기억 함수에 응력과 비율을 포함시키면, 유량이 0인 비에르고딕 막힘 상태가 나타나는가?
• RQ2 이 막힘 전이의 분석적 구조는 기존의 모드-결합 유리 전이와 어떻게 다름을 보이는가?
• RQ3 관측된 막힘 전이가 유체역학적 비율 증가 메커니즘과 어떻게 다를 수 있는가?
• RQ4 시스템이 응력 간격에서 흐름이 없음을 보이며 막힘 상태를 나타내는 조건는 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 적용된 응력의 유한한 간격 동안 유량이 0인 비에르고딕 막힘 상태를 나타내며, 진정한 막힘 전이임을 시사한다.
• 이 막힘 전이의 분석적 구조는 비에르고딕성을 포함한다는 점을 제외하고는 기존의 모드-결합 유리 전이와는 분명히 다름을 보인다.
• 막힘 상태는 응력과 비율이 기억 함수에 영향을 주는 상호작용에 기인하며, 유체역학적 효과는 아니다.
• 전이의 성격은 정적이며, 일반적인 유리 전이에서 볼 수 있는 동적 정지 메커니즘에 의존하지 않는다.
• 모델는 막힘과 비율 증가 사이에 명확한 분리를 예측하며, 막힘은 유체역학적 불안정성에 의해 유도되지 않는다.