纳米颗粒粉体在流动的悬浮体中存在的作用力有哪些

首先是胶体力，它来源于颗粒间的相互作用，它是由流体的极性等性质控制的，而不是由黏度控制的。这些力可以导致颗粒间总体的排斥或吸引。前者可能是由于颗粒带的同性电荷或存在于颗粒表面的表面活性剂、聚合物分子的排斥作用。而后者可能来源于颗粒间的伦敦范德华吸引力，或颗粒间带的异性电荷的吸引。如果总的作用是吸引，颗粒将絮凝，如果是排斥，则意味着它们将保持分离。

第二种必须考虑的力是布朗随机力，它与颗粒的体积有很大的关系，对于小于1μm的颗粒有很大影响。这种力使颗粒不停地运动。

第三种力是作用在颗粒上的黏性力，这种力正比于颗粒与周围流体的局部速度差。因此黏性力对悬浮体黏度的影响是通过连续相的黏度来实现的，连续相的黏度控制着所有这些黏性力的相互作用。 正因为如此，所谓“悬浮体黏度”通常是相对连续相黏度而言的。

很明显，流变学测量的是流体的宏观性质，它强烈地依赖于流体的微观结构。例如，离析颗粒的存在意味着流体流线的偏离，造成黏度上升。当颗粒浓度增加时，颗粒流动将不得不避开另外的颗粒，因此阻力更大。如果颗粒形成絮凝结构，这种结构将一些连续相“固化"于其中，可以预见将会岀现更大的阻力，它有增加表观相体积的效果，当然黏度也就会高得多。

悬浮体静止时，颗粒间处于热力学平衡状态，这时布朗力占优势，颗粒处于随机无序运动状态。当胶体力占优势时，颗粒形成某种与总体胶体力有关的结构，如果总的力是吸引力，颗粒形成絮凝体，如果是排斥力则颗粒形成一种拟网络结构。絮凝体的形状可能是近球形的也可能是链式的。颗粒间的拟网络结构是总体排斥造成的，这种排斥可以是由于颗粒带有同种电荷并分散在极性溶剂的结果。这样颗粒间将互相离得越远越好。如果这些颗粒带的电荷很大的话，颗粒的运动将受到很大的限制，这时这种结构可看成一种“拟晶体”，当“晶格”间的距离与光波长相当时，会产生干涉现象，悬浮液显现出彩虹现象。上面提到的所有结构都会因为颗粒表面吸附表面活性剂而受到影响。由静电荷形成的结构还会因为加入电解质而改变。

流体运动也会导致一种结构的形成。考虑不絮凝的浓悬浮体流动时的情况，流体缓慢运动时，颗粒流动必须互相绕流，这会导致较大的阻力和黏度。另一方面，由于这时布朗力占优势，颗粒分布 不受影响，保持静止的随机状态，黏度虽然较高，但保持恒定，形成第一牛顿区。剪切速率逐渐增大后，颗粒沿流动方向定向排列,布朗力已不足以使其恢复静止时的分布状况，颗粒流动时比低剪切时要自由，结果表现为黏度下降，剪切变稀。在很高的剪切速率下，颗粒高度定向，形成不同的颗粒层，层间是连续相清液，黏度到达最低点，这种结构已由光学散射证实。当剪切力达到一临界 值以后，颗粒层受到的扰动逐渐消失，黏度又重新开始上升。剪切停止后，由流体运动而造成的结构消失。以上讨论的是剪切变稀的悬浮体。悬浮体中由于存在不同的作用力，在不同的运动条件下它们互相平衡，形成一定的微观结构，当运动情况改变后平衡被破坏，经过一段时间后达到新的平衡，由此表现出随时间变 化的黏度。

需要强调的是表示悬浮体中固体颗粒的量的参数是固体颗粒占悬浮体的体积，即体积分数，而不是质量分数，这是因为流变性质主要依赖于与颗粒表面有关的水动力学力，颗粒的絮凝等，而与颗粒的密度等关系不大。