The Structure and Rheology of Complex Fluids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Larson, Ronald G.

出品人:

页数:688

译者:

出版时间:1998-11

价格:$ 180.74

装帧:HRD

isbn号码:9780195121971

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 数学
• Complex Fluids
• Rheology
• Fluid Mechanics
• Material Science
• Soft Matter
• Colloids
• Polymers
• Non-Newtonian Fluids
• Microfluidics
• Surface Chemistry

动态视角下的界面与结构：非牛顿流体的先进表征与调控 （A Dynamic Perspective on Interfaces and Structures: Advanced Characterization and Control of Non-Newtonian Fluids） 本书深入探讨了复杂流体，特别是那些表现出非线性黏弹性行为的体系，在微观结构、界面现象以及宏观流变学特性之间的复杂相互作用。我们旨在为材料科学家、化学工程师以及物理学家提供一个全面且深入的框架，用以理解和精确调控这些高度有序或无序物质在不同环境刺激下的响应机制。 第一部分：复杂流体的微观结构与热力学基础 本部分聚焦于构建理解复杂流体行为的理论基石，从原子尺度和分子尺度出发，探究驱动宏观性能的内在机制。 第一章：复杂流体的多尺度建模 本章系统梳理了描述复杂流体的理论工具箱。首先，我们回顾了经典统计力学在处理稀溶液和简单聚合物系统中的局限性。随后，重点介绍了介观尺度的建模方法，包括介观动力学（如粗粒化分子动力学模拟，Coarse-Grained Molecular Dynamics, CGMD）在捕捉聚合物缠结网络、胶体聚集体形成过程中的优势。我们详细分析了介观模型中能量函数（Force Field）的构建原则，特别是如何平衡计算效率与物理准确性，以模拟数百万个粒子体系的长期演化。讨论将延伸至拓扑学在描述复杂流体网络结构中的应用，例如环状结构、结和分支点的量化指标。 第二章：界面张力与表面修饰 复杂流体的宏观行为往往受制于其界面特性。本章深入研究了在多相体系（如乳液、泡沫、悬浮液）中，表面活性剂和功能性纳米颗粒如何重塑界面结构和能量。我们探讨了拉普拉斯压力在曲率梯度下的非线性表现，以及对界面黏弹性（Interfacial Rheology）的精确测量技术，如振荡界面张力法（Oscillating Drop Method）和双盘法（Double Ring Tensiometer）。此外，本章还阐述了如何通过化学修饰或物理吸附，实现对界面曲率和流动性的主动控制，这对于稳定高内相分散体系至关重要。 第三章：构效关系与平衡态热力学 本章侧重于平衡态下复杂流体内部组分的空间排列和热力学稳定性。我们引入了相分离理论，特别是关于临界胶束浓度（CMC）和临界聚结浓度（CGC）的现代计算方法，结合密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）来预测特定溶剂环境中软物质组分的聚集倾向。对于含有长链分子或拓扑结构约束的体系，我们详细分析了熵驱动的组装过程，并讨论了如何利用热力学参数（如焓变和熵变）来指导新型功能性材料的设计，例如自修复水凝胶和响应性微凝胶的合成。 第二部分：流变学量化与动态响应机制 本部分将理论模型与先进的实验技术相结合，侧重于复杂流体在剪切、拉伸和其他动态应力下的非线性响应。 第四章：小扰动和大形变下的流变学分析 本章是理解复杂流体力学行为的核心。我们首先回顾了线性黏弹性理论，重点阐述了储能模量（$G'$）和损耗模量（$G''$）在频率扫描实验中的物理意义，并引入了时间-温度等效原理（Time-Temperature Superposition, TTS）及其局限性。随后，我们将焦点转向非线性流变学： 稳态剪切： 详细分析了剪切变稀（Shear Thinning）和剪切增稠（Shear Thickening）现象的微观起源，特别是在高剪切率下，如何通过流场诱导的结构重排（如纤维素纳米晶体的取向）来解释这些行为。 振荡流变： 深入探讨了振荡剪切流变（Oscillatory Shear Rheology）中用于探测复杂结构特征的参数，如屈服应力（Yield Stress）的精确确定方法（如应力/应变扫描）。 拉伸流变： 介绍了用于测量聚合物和溶液拉伸粘度（Extensional Viscosity）的技术，如“下拉”法（Filament Stretching Rheometry）和超声分散法，强调了拉伸行为在注塑成型、纺丝等过程中的重要性。 第五章：时间依赖性与记忆效应 复杂流体普遍表现出对历史加载速率的依赖性，即记忆效应。本章专门讨论了这些时间依赖性现象的量化与建模： 应变历史依赖性： 探讨了“预处理”（Pre-conditioning）对流变响应的影响。我们详细分析了应力松弛（Stress Relaxation）和应变恢复（Creep Recovery）实验，并将其与分子链的去缠结时间（De-entanglement Time）相关联。 振荡流变学的高级应用： 介绍了频率扫描之外的更精细技术，如步进振荡剪切（Step Oscillation Shearing）和多频振荡（Multi-frequency Oscillation），用以解耦不同时间尺度上的结构弛豫过程。 复杂本构模型的构建： 评估了诸如K-BKZ模型、Prony级数模型以及基于微分方程的黏弹性模型在描述时间依赖性方面的优缺点，重点关注如何将这些模型与特定的微观结构变化（如不可逆的聚集或可逆的解离）联系起来。 第六章：先进的流场成像与同步测量 为了真正理解流变学中的“为什么”，本章聚焦于将流变测量与实时结构表征技术相结合。 流场可视化： 详细介绍了利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry, PIV）和同步粒子追踪（Synchronized Particle Tracking）在流变仪中对宏观流场和微观粒子运动的同步监测。讨论了如何利用这些技术识别剪切带（Shear Bands）的形成、层流与湍流的转变点，以及在极端非均质体系中的局部应力分布。 结构同步测量： 重点阐述了同步小角X射线散射/中子散射（SAXS/SANS）与流变学测量的协同应用。通过在流变循环过程中实时获取散射图案，我们可以直接观察到流场诱导下的纳米结构（如液晶畴、颗粒链）的取向、尺寸变化以及各向异性，从而为理论模型的验证提供无可辩驳的实验证据。 第三部分：外部刺激下的功能性调控 本部分探讨如何通过外部能量输入（光、电、磁场）来精确控制复杂流体的结构和功能，实现“智能”材料的设计。 第七章：电场与磁场在复杂流体中的作用 本章关注在外部电磁场作用下，具有电荷或磁性组分的复杂流体所展现出的可控响应。 电流变效应（Electro-rheology）： 分析了在直流或交流电场下，介电性颗粒悬浮液的黏度如何急剧增加（电场诱导的链状结构形成）。本章讨论了影响该效应的关键因素，如粒子形状各向异性、电场强度与频率的匹配，以及界面双电层（Electric Double Layer）的贡献。 磁流变学（Magneto-rheology）： 重点讨论了磁性纳米颗粒（如磁铁氧体）在磁场下的定向排列和磁致硬化现象。我们深入研究了磁场对胶体凝胶的固化速率和最终强度的影响，并探讨了这些体系在软磁性驱动器和生物医学领域中的应用潜力。 第八章：光响应性与化学触发系统 本章聚焦于使用非机械方式实现复杂流体的“开/关”控制。 光致异构化与结构转换： 介绍了利用嵌入光敏分子（如偶氮苯衍生物）的复杂流体。通过特定波长的光照，分子结构发生可逆变化，从而导致体系黏度、溶胀度或相态的快速改变。讨论了光诱导的拓扑变化，例如光控水凝胶的溶解或聚合。 pH与离子强度响应： 详细分析了由聚电解质或具有离子基团的表面活性剂构成的体系如何对环境pH值或盐浓度变化做出灵敏响应。通过精确控制溶液的离子强度，可以调控分子间静电排斥力与吸引力，实现凝胶的解离或重构。 本书通过这种多层次、跨学科的整合，旨在超越传统的流变学描述，为设计具有定制化结构、可预测动态性能以及环境敏感性的新一代复杂流体材料提供坚实的理论和实验指导。它面向的是寻求在流体工程、先进材料科学和生物物理学交叉领域进行前沿研究的专业人士。

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