今天去面签,面试官问我What is rheology,我抛出官话:the study of the deformation and flow of matter。回单位,收到一个陌生研究生的邮件,我在回复中又涉及到这个。
插句话,我觉得这年头(特别是Google Reader停止服务之后),看博客的人应该是很少的,通过RSS跟踪博客的人应该就更少。我以前在科学网写博客,很多人通过博客知道我。但我不在那里写东西很多年了,原以为在这个个人域名下写写,应该没多少人看,更不要说是流变学同行。可仍然不时有人给我发邮件,说是从我的博客知道我的。博客毕竟是一个用来瞎扯的地方,也许我有时会认真总结一件事,但往往大多数是瞎扯。
流变学研究什么问题有点大,我想说的其实是用旋转流变仪研究什么,因为我也只熟悉这种流变仪。大致上来说,是研究两方面性质:一是流动性,二是松弛谱。流动性是使用continuous rotation模式来做的实验,控制剪切速率,关注粘度。主要测试手段包括阶跃应变速率或稳态粘度曲线,总的来说是非线性流变学。现在这方面研究的方法也可以包括LAOS了。松弛谱就是指样品的线性粘弹性,那么只要在线性条件下,各种激发方式和响应函数都是等价的,包括蠕变、应力松弛、小幅振荡等,主要控制测量时间(频率),关注响应函数。同样属于松弛谱研究的还包括热流变简单性研究,通过TTS获得更宽的时间尺度,计算松弛时间谱等等。“流动性”和“松弛谱”这两个性质是样品处于完全不同的两种状态下的性质,它们之间没有必然联系。
我们研究一个样品的流变性质的时候,一定要清楚现在是要了解它的流动性还是线性粘弹性。如果我们改变了样品的结构,那也要清楚,这个结构上的差异,分别对流动和松弛谱有什么影响。有时有些结构只影响流动性,有时只影响松弛谱。例如,只影响流动性的结构差异,你做线性粘弹性测试就看不出来。同样的,也不要轻易就用线性粘弹性下的“复数粘度”代替真正的粘度。复数粘度不是粘度,它不表征流动性。除非样品不便受到剪切破坏,或者事先验证过该体系满足Cox-Merz规则,不然的话,没有什么理由不直接去做正式的粘度测试来表征流动性。
凡是不单纯了解流动性或线性粘弹性,而是总是想涉及样品结构的流变学研究,都不能避开软物质物理的学习。很多流变学初学者缺乏这种物理基础,但是又听到或看到太多用流变学结果讨论样品结构的话。他们往往都是根据听过的说法进行机械照搬。在这方面,Larson的书The Structure and Rheology of Complex Fluids就是一本很好的教材。应该熟读这本书,首先清楚各类体系的结构(structure)和动态(dynamics),然后再了解他们如何影响流变学性质(again,分别是流动性和线性粘弹性)。那么,遇到实际的测量样品的时候,才能独立思考:先试图把样品归类为Larson书中的某种体系,然后根据这种体系的一般模型去估计它的流动性和线性粘弹性应该是怎样的,再去测量。这相当于是先有hypothesis,再去做experiment。很多初学者就是在hypothesis完全空白的情况下乱测,得出的结果也就只能乱解读。