Name: studying large amplitude oscillatory shear response of soft materials
Uploaded: 2019-04-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials at JoVE.com

Forfatterne takker Anton Paar for bruk av MCR 702 rheometer gjennom VIP akademisk forskning-programmet. Vi takker også Dr. Abhishek Shetty for kommentarer i instrumentet oppsettet.

1. rheometer installasjon
<ol><li>Med rheometer som er konfigurert i SMT-modus (se merknad), knytte øvre og nedre stasjon geometrier. For å opprettholde så nær en homogen skjær feltet som mulig, kan du bruke en 50 mm plate (PP50) som lavere kampen, og en 2-graders kjegle (CP50-2) for øvre lampen. Merk: Rheometer vi bruker (se Tabell for materiale) kan konfigureres i begge en kombinert motor-svinger (CMT) eller egen motor svinger (SMT) modus. Med bare en enkelt motor integrert i rheometer hodet...

<ol>
	<li>Dolz, M., Hern&#225;ndez, M. J., Delegido, J., Alfaro, M. C., Mu&#241;oz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+xanthan+gum+and+locust+bean+gum+upon+flow+and+thixotropic+behaviour+of+food+emulsions+containing+modified+starch.">Influence of xanthan gum and locust bean gum upon flow and thixotropic behaviour of food emulsions containing modified starch.</a> Journal of Food Engineering. 81 (1), 179-186 (2007).</li><li>Gupta, N., Zeltmann, S. E., Shunmugasamy, V. C., Pinisetty, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Polymer+Matrix+Syntactic+Foams.">Applications of Polymer Matrix Syntactic Foams.</a> JOM. 66 (2), 245-254 (2013).</li><li>Garc&#305;a-Ochoa, F., Santos, V. E., Casas, J. A., G&#243;mez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Xanthan+gum:+production,+recovery,+and+properties.">Xanthan gum: production, recovery, and properties.</a> Biotechnology Advances. 18 (7), 549-579 (2000).</li><li>Chang, I., Im, J., Prasidhi, A. K., Cho, G. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Xanthan+gum+biopolymer+on+soil+strengthening.">Effects of Xanthan gum biopolymer on soil strengthening.</a> Construction and Building Materials. 74, 65-72 (2015).</li><li>Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+search+of+physical+meaning:+defining+transient+parameters+for+nonlinear+viscoelasticity.">In search of physical meaning: defining transient parameters for nonlinear viscoelasticity.</a> Rheologica Acta. 56 (5), 501-525 (2017).</li><li>Ferry, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Viscoelastic properties of polymers. , (1980).</li><li>Bird, R. B., Armstrong, R. C., Hassager, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamics of Polymeric Liquids. Volume 1: Fluid Mechanics. , (1987).</li><li>Park, J. D., Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+transient+behavior+of+soft+glassy+materials+far+from+equilibrium.">The transient behavior of soft glassy materials far from equilibrium.</a> Journal of Rheology. 62 (4), 869-888 (2018).</li><li>Rogers, S., Kohlbrecher, J., Lettinga, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+molecular+origin+of+stress+generation+in+worm-like+micelles,+using+a+rheo-SANS+LAOS+approach.">The molecular origin of stress generation in worm-like micelles, using a rheo-SANS LAOS approach.</a> Soft Matter. 8 (30), 7831-7839 (2012).</li><li>Lettinga, M. P., Holmqvist, P., Ballesta, P., Rogers, S., Kleshchanok, D., Struth, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+Behavior+of+Nematic+Platelet+Dispersions+in+Shear+Flow.">Nonlinear Behavior of Nematic Platelet Dispersions in Shear Flow.</a> Phys Rev Lett. 109 (24), 246001 (2012).</li><li>Hyun, K., Wilhelm, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+nonlinear+oscillatory+shear+tests:+Analysis+and+application+of+large+amplitude+oscillatory+shear+(LAOS).">A review of nonlinear oscillatory shear tests: Analysis and application of large amplitude oscillatory shear (LAOS).</a> Progress in Polymer Science. 36 (12), 1697-1753 (2011).</li><li>Park, J. D., Ahn, K. H., Lee, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+change+and+dynamics+of+colloidal+gels+under+oscillatory+shear+flow.">Structural change and dynamics of colloidal gels under oscillatory shear flow.</a> Soft Matter. 11 (48), 9262-9272 (2015).</li><li>Lee, C. -. W., Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sequence+of+physical+processes+quantified+in+LAOS+by+continuous+local+measures.">A sequence of physical processes quantified in LAOS by continuous local measures.</a> Korea-Australia Rheology Journal. 29 (4), 269-279 (2017).</li><li>Rogers, S. A., Erwin, B. M., Vlassopoulos, D., Cloitre, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sequence+of+physical+processes+determined+and+quantified+in+LAOS:+Application+to+a+yield+stress+fluid.">A sequence of physical processes determined and quantified in LAOS: Application to a yield stress fluid.</a> Journal of Rheology. 55 (2), 435-458 (2011).</li><li>Wagner, M. H., Rolon-Garrido, V. H., Hyun, K., Wilhelm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+medium+amplitude+oscillatory+shear+data+of+entangled+linear+and+model+comb+polymers.">Analysis of medium amplitude oscillatory shear data of entangled linear and model comb polymers.</a> Journal of Rheology. 55 (3), 495-516 (2011).</li><li>Radhakrishnan, R., Fielding, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shear+banding+in+large+amplitude+oscillatory+shear+(LAOStrain+and+LAOStress)+of+soft+glassy+materials.">Shear banding in large amplitude oscillatory shear (LAOStrain and LAOStress) of soft glassy materials.</a> Journal of Rheology. 62 (2), 559-576 (2018).</li><li>Bharadwaj, N. A., Ewoldt, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Constitutive+model+fingerprints+in+medium-amplitude+oscillatory+shear.">Constitutive model fingerprints in medium-amplitude oscillatory shear.</a> Journal of Rheology. 59 (2), 557-592 (2015).</li><li>Wilhelm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fourier&#8208;Transform+Rheology.">Fourier&#8208;Transform Rheology.</a> Macromolecular Materials and Engineering. 287 (2), 83-105 (2002).</li><li>Ewoldt, R. H., Hosoi, A. E., McKinley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+measures+for+characterizing+nonlinear+viscoelasticity+in+large+amplitude+oscillatory+shear.">New measures for characterizing nonlinear viscoelasticity in large amplitude oscillatory shear.</a> Journal of Rheology. 52 (6), 1427-1458 (2008).</li><li>Rogers, S. A., Lettinga, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sequence+of+physical+processes+determined+and+quantified+in+large-amplitude+oscillatory+shear+(LAOS):+Application+to+theoretical+nonlinear+models.">A sequence of physical processes determined and quantified in large-amplitude oscillatory shear (LAOS): Application to theoretical nonlinear models.</a> Journal of Rheology. 56 (1), 1-25 (2011).</li><li>Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sequence+of+physical+processes+determined+and+quantified+in+LAOS:+An+instantaneous+local+2D/3D+approach.">A sequence of physical processes determined and quantified in LAOS: An instantaneous local 2D/3D approach.</a> Journal of Rheology. 56 (5), 1129-1151 (2012).</li><li>Kim, J., Merger, D., Wilhelm, M., Helgeson, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructure+and+nonlinear+signatures+of+yielding+in+a+heterogeneous+colloidal+gel+under+large+amplitude+oscillatory+shear.">Microstructure and nonlinear signatures of yielding in a heterogeneous colloidal gel under large amplitude oscillatory shear.</a> Journal of Rheology. 58 (5), 1359-1390 (2014).</li><li>van der Vaart, K., Rahmani, Y., Zargar, R., Hu, Z., Bonn, D., Schall, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheology+of+concentrated+soft+and+hard-sphere+suspensions.">Rheology of concentrated soft and hard-sphere suspensions.</a> Journal of Rheology. 57 (4), 1195-1209 (2013).</li><li>Poulos, A. S., Stellbrink, J., Petekidis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+of+concentrated+solutions+of+starlike+micelles+under+large-amplitude+oscillatory+shear.">Flow of concentrated solutions of starlike micelles under large-amplitude oscillatory shear.</a> Rheologica Acta. 52 (8-9), 785-800 (2013).</li><li>Armstrong, M. J., Beris, A. N., Rogers, S. A., Wagner, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+shear+rheology+of+a+thixotropic+suspension:+Comparison+of+an+improved+structure-based+model+with+large+amplitude+oscillatory+shear+experiments.">Dynamic shear rheology of a thixotropic suspension: Comparison of an improved structure-based model with large amplitude oscillatory shear experiments.</a> Journal of Rheology. 60 (3), 433-450 (2016).</li><li>Calabrese, M. A., Wagner, N. J., Rogers, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optimized+protocol+for+the+analysis+of+time-resolved+elastic+scattering+experiments.">An optimized protocol for the analysis of time-resolved elastic scattering experiments.</a> Soft Matter. 12 (8), 2301-2308 (2016).</li></ol>

Vi har vist hvordan riktig utføre store amplituden oscillasjon skjær rheometry tester med en kommersiell rheometer, og kjøre SPP analyse freeware å tolke og forstå lineære stressresponser to distinkte polymer løsninger. SPP strukturen, som har tidligere vist seg å korrelere med strukturelle endringer og tilrettelegge forståelser av mange kolloidalt systemer, kan like brukes til polymer systemer. Svarene på to konsentrert polymere løsninger til LAOS har vært undersøkt ved hjelp av SPP ordningen, som det reolo...

Konsentrert polymere løsninger brukes i en rekke industriapplikasjoner primært for å øke viskositet, inkludert mat1 og andre forbrukeren produktene2, økt utvinning3og jord Utbedring4. Under deres behandling og bruk utsettes de nødvendigvis for store deformasjoner over en rekke tidsrammer. Under slike prosesser viser de rik og kompleks lineære reologiske atferd som er avhengige av flyt eller deformasjon forhold1. Forstå disse komplekse lineære reologiske atferd er avgjørende for vellykket kontroll prosesser, designe bedre produkter og maksimere energieffektiviteten. Bortsett fra den industrielle betydningen er det en stor mengde akademisk interesse forståelse reologiske oppførsel av polymere materialer langt fra likevekt.
Oscillasjon skjær testene er en stift komponent i hver grundig reologiske karakterisering på grunn av ortogonale anvendelse av belastning og belastning rate5og uavhengig kontrollere lengden og tid skalerer probed ved å justere de amplitude og frekvens. Stressrespons til små amplituden oscillasjon skjær stammer, som er små nok ikke å forstyrre et materiale intern struktur, kan deles opp i komponenter i fase med belastningen og i fasen med belastning rate. Koeffisientene av fase med belastning og belastning hastigheten er kollektivt referert til som den dynamiske moduli6,7, og individuelt lagring modulus, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq1.jpg"> </img>, og tap modulus, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq2.jpg"> </img>. De dynamiske moduli føre til fjern elastisk og tyktflytende tolkninger. Men er tolkninger basert på disse dynamiske moduli bare gyldig for liten belastning amplituder, hvor stressresponser til sinusformet excitations er også sinusformet. Dette regimet omtales vanligvis som små amplituden oscillasjon skjær (SAOS) eller lineær viskoelastiske regimet. Som pålagt deformasjon blir større, er endringer indusert i den materielle mikrostrukturen, som gjenspeiles i kompleksiteten i den ikke-sinusformet forbigående stress svar8. I denne rheologically ikke-lineære regimet, som nærmere etterligner industriell behandling og forbruker bruksforhold, handle de dynamiske moduli som dårlig beskrivelser av svaret. En annen måte å forstå hvordan konsentrert myke materialer oppfører seg ut av likevekt er derfor nødvendig.
En rekke nyere studier9,10,11,12,13,14,15,16 har vist at materialer passere mangfoldig intra-syklus strukturelle og dynamiske endringer vakte av større deformasjoner i middels amplituden oscillasjon skjær (MAOS)15,17 og store amplituden oscillasjon skjær (LAOS) regimer. Intra-syklus strukturelle og dynamiske endringer har forskjellige manifestasjoner, for eksempel brudd på mikrostruktur, strukturelle anisotropy, lokale rearrangements, reformasjonen og endringer i diffusivity. Disse intra-syklus fysiske endringer i ikke-lineære regimet føre til komplekse lineære stress svarene som bare ikke kan tolkes med de dynamiske moduli. Som et alternativ, har flere tilnærminger blitt foreslått for tolkningen av lineære stressresponser. Vanlige eksempler på dette er Fourier transform Reologi (FT Reologi)18, geometrisk rekke utvidelser11, Chebyshev beskrivelse19og en rekke fysiske prosesser (SPP)5,8, 13,14,20 analyse. Selv om alle disse teknikkene har vist seg å være matematisk robust, er det fremdeles en ubesvart spørsmål om disse teknikkene kan gi klar og fornuftig fysiske forklaringer av lineære oscillasjon stressresponser. Det gjenstår en enestående utfordring til gi konsis tolkninger av reologiske data som relateres til strukturelle og dynamiske.
I en fersk studie, ble lineære stressrespons av myke glassaktig Reologi (SGR) modell8 og en myk glass laget av kolloidalt star polymerer7under oscillasjon skjær analysert gjennom SPP ordningen. Tidsmessige endringer i elastisk og tyktflytende egenskapene i ikke-lineære stressresponser separat kvantifisert av SPP-moduli <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> og <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> </img>. Videre var reologiske overgangen representert ved forbigående moduli nøyaktig korrelert til microstructural endringer representert ved distribusjon av Mesoskopisk elementer. I studien av SGR modell8, ble det klart vist at reologiske tolkning via SPP ordningen gjenspeiler de fysiske endringene under alle oscillasjon skjær forhold i de lineære og ikke-lineære regimene for myk briller. Denne unike evnen til å gi nøyaktig fysiske tolkning av lineære svar myk briller gjør metoden SPP attraktive tilnærming for forskere studere ut-av-balanse dynamikken i polymer løsninger og andre myke materialer.
SPP ordningen er bygget rundt viser reologiske atferd som forekommer i et tredimensjonalt rom (<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg">) som består av belastningen (<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq6.jpg">), belastning rate (<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq7.jpg">), og stress (<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq8.jpg">)5. I matematisk forstand, stressresponser behandles som multivariabel funksjoner av belastning og belastning rate (<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq9.jpg">). Som reologiske atferden er ansett som en bane i <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg"> (eller en multivariabel funksjon), et verktøy for å diskutere egenskaper for en bane er nødvendig. I SPP tilnærming, forbigående moduli <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> og <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> spille en slik rolle. Forbigående elastisk modulus <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> og tyktflytende modulus <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> defineres som partiellderiverte av stress forhold til belastningen (<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq10.jpg">) og belastning (<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq11.jpg">). Etter den fysiske definisjonen av differensial elastiske og flytende moduli kvantifisere forbigående moduli umiddelbar påvirkning av belastning og belastning rate på stressrespons, mens andre metoder for analyse ikke kan gi noen informasjon om elastisk og tyktflytende separat.
SPP tilnærming beriker tolkningen av oscillasjon skjær testene. Med SPP analyse, kan komplekse lineære reologiske oppførsel av konsentrert polymere løsninger i LAOS være direkte relatert til de lineære reologiske atferd i SAOS. Vi viser i dette arbeidet hvordan maksimal forbigående elastisk modulus (<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq12.jpg">max) nær belastningen extrema tilsvarer lagring modulus i lineær regimet (SAOS). Videre viser vi hvordan forbigående tyktflytende modulus (<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg">) under en LAOS syklusen spor steady state flyt kurven. I tillegg til å gi detaljer om komplekse sekvensen av prosesser som konsentrert polymer løsninger gå gjennom under LAOS, gir SPP ordningen også informasjon om Gjenopprettbare belastningen i materialet. Denne informasjonen, som ikke er oppnåelig gjennom andre tilnærminger, er et nyttig mål på hvor mye materiale vil rekyl når stress er fjernet. Slik oppførsel har innvirkning på om utskrift er mulig av konsentrert løsninger for 3D utskrift applikasjoner, samt skjermen utskrift, fiber dannelse og flyt opphør. En rekke nyere studier5,8,13 tydelig viser at det utvinnbare belastningen ikke er nødvendigvis det samme som belastningen pålagt under LAOS eksperimenter. For eksempel, fant en studie av myke kolloidalt briller under LAOS13 at utvinnbare belastningen er bare 5% når betydelig større summen belastning (420%) er pålagt. Andre studier16,21,22,23,24 bruker bur modulus21 også konkludere med at lineær elastisitet kan observeres under LAOS på punktet lukke å belastning maxima, antyde at materialene opplevd relativt liten deformasjon på disse øyeblikkene. SPP ordningen er det eneste rammeverket for forståelse LAOS at regnskapet for et skifte i belastning likevekt som fører til forskjell utvinnbare og den totale stammer.
Denne artikkelen tar sikte å lette forståelser og brukervennlighet av SPP analyse metoden ved å gi en detaljert protokoll for en LAOS analyse freeware, to konsentrert polymer løsninger, en 4 wt % Echalion (XG) vandig løsning og en 5 wt % PEO i DMSO løsning. Disse systemene er valgt på grunn av deres bredt spekter av programmet og rheologically interessante egenskaper. Echalion, en naturlig høy-molekylvekt polysakkarid, er en svært effektiv stabilisator for vandige systemer og brukt som et tilsetningsstoff å gi ønsket viscosification eller oljeboring å øke viskositet og gi rundt boring slam. PEO har en unik egenskap for hydrofile og er ofte brukt i farmasøytiske produkter og kontrollerte slipp systemer samt jord Utbedring aktiviteter. Disse polymere systemer er testet under ulike oscillasjon skjær forhold som er ment å omtrentlige behandling, transport og sluttbruk betingelser. Selv om disse praktiske forhold ikke kan nødvendigvis involverer flyt tilbakeføring som oscillasjon skjær, feltet flyt kan tilnærmes lett og innstilt med uavhengig kontroll av anvendt amplitude og pålagt frekvens i en oscillasjon test. Videre kan SPP ordningen brukes idet beskrevet her over å forstå en rekke flyt typer, inkludert de som ikke inkluderer flyt tilbakeføringer som nylig foreslått UD-LAOS25, der store amplituden svingninger brukes i en retning (fører til kallenavnet "enveis LAOS"). For enkelhet, og veiledende begrenser vi denne studien til tradisjonelle LAOS, som inkluderer periodisk flyt tilbakeføring. Målt reologiske svarene analyseres med SPP tilnærming. Viser vi hvordan du bruker SPP programvaren med enkle forklaringer på fremtredende beregning skritt for å forbedre leserens forståelse og behandling. En legende for å tolke analyseresultatene SPP er innført, etter som typen reologiske overgang er identifisert. Representant SPP analyseresultatene av de to polymerer under ulike oscillasjon skjær forhold vises, som vi identifisere en rekke fysiske prosesser som inneholder informasjon om materialets lineær viskoelastiske svar samt egenskapene stabil flyt av materialet.
Denne protokollen gir fremtredende detaljer om hvordan du nøyaktig utføre ikke-lineære reologiske eksperimenter, samt en trinnvis guide til å analysere og forstå reologiske svar med SPP rammen, som vist i figur 1. Vi begynner ved å gi en innføring i instrumentet oppsett og kalibreringer, etterfulgt av bestemte kommandoer for å gjøre en kommersielt tilgjengelig rheometer samle høykvalitets transientresponsen dataene. Når reologiske dataene har oppnådd, introdusere vi SPP analyse freeware, med en detaljert manual. Videre er diskutere vi hvordan forstå tidsavhengige svaret to konsentrert polymer løsninger innen SPP ordningen, ved å sammenligne resultatene fra LAOS med lineære-regimet frekvens feie og stabil flyt kurven. Disse resultatene klart identifisere at polymer løsningene overgang mellom forskjellige reologiske innen oscillerende, slik at for et mer detaljert bilde av deres ikke-lineære forbigående Reologi å dukke. Disse dataene kan brukes til å optimalisere filmfremkalling vilkår for produkt-formasjonen, transport, og bruk. Disse tidsavhengige svar ytterligere gi potensielle veier tydelig skjemaet struktur-egenskapen-prosessering relasjoner ved å koble Reologi microstructural informasjon fra liten vinkel spredning av nøytroner, røntgenstråler eller lys ( SANS, SAXS og SALS, henholdsvis), mikroskopi, eller detaljerte simuleringer.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>SPP analysis software</td>
			<td>Simon Rogers Group (UIUC)</td>
			<td>SPPplus_v1p1</td>
			<td>Attached as supplementary files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathwork</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rheometer</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>MCR 702 TwinDrive</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50mm 2-degree cone</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>CP50-2</td>
			<td>Upper measuring system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50mm plate</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>PP50</td>
			<td>Lower measuring system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xanthan gum (XG)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>11138-66-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene oxide (PEO)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>25322-68-3</td>
			<td>Mv=1,000,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-68-5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

studying large amplitude oscillatory shear response of soft materials

Vi undersøker en rekke fysiske prosesser utstilt i store amplituden oscillasjon skråstilling (LAOS) av polyetylen oksid (PEO) i dimethyl sulfoxide (DMSO) og Echalion i vann-to konsentrert polymer løsninger som viscosifiers i mat, økt oljeutvinning og jord Utbedring. Forstå lineære reologiske virkemåten til myke materialer er viktig i utformingen og kontrollert produksjon av mange forbrukerprodukter. Det vises hvordan responsen til LAOS av følgende polymer kan tolkes i en klar overgang fra lineær viscoelasticity viscoplastic deformasjon og tilbake igjen i en periode. LAOS resultatene er analysert via fullt kvantitative sekvens av fysiske prosesser (SPP) teknikken, benytter ledig MATLAB-basert programvare. Detaljert protokollen utfører en LAOS måling med en kommersiell rheometer, analysere lineære stressresponser med freeware, og tolke fysiske prosesser under LAOS presenteres. Det er videre vist at innenfor SPP rammen, LAOS svar inneholder informasjon om den lineære viscoelasticity, forbigående flyt kurvene og kritisk belastningen ansvarlig for utbruddet av nonlinearity.

Representant resultatene av SPP analyse fra XG og PEO/DMSO løsninger under oscillasjon skjær tester presenteres i tallene 4 og 5. Vi først presentere rådataene som elastisk (<img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq30.jpg">) og tyktflytende (<img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq31.jpg">) Lissajous-Bowditch kurver i tallene 4a, 4b, 5a og 5b. Å f...

Watch this Scientific Journal Video about Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials at JoVE.com

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

Vi presenterer en detaljert protokoll beskriver hvordan du utfører lineær oscillasjon skjær Reologi på myke materialer, og hvordan du kjører SPP-LAOS analyser for å forstå reaksjonene som en sekvens av fysiske prosesser.

Studere store Amplitude oscillasjon skjær responsen av myke materialer

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Denne metoden kan bidra til å svare på viktige spørsmål innen myk materie, for eksempel sammenhengen mellom makroskopiske og mikroskopiske svar. Den største fordelen med metoden er at den kan kvantifisere materialenes viskoelastiske egenskaper gjennom et revologisk eksperiment i motsetning til de tradisjonelle metodene som gir gjennomsnittlig informasjon. Selv om denne metoden kan gi innsikt i polymere materialer, kan den også gjelde for andre systemer, for eksempel kolloidale geler og briller og biologiske materialer.Arbeid med et reometer som kan utføre flekkkontrollmålinger. Først feste den øvre og nedre stasjonen geometrier. For den nedre armaturen, bruk en 50 mm plate.Bruk en to graders kjegle for den øvre armaturen. Deretter nuller du gapet, kalibrerer målingene og angir temperaturen. Når disse trinnene er fullført, åpner du gapet i geometriene fra null for å la lastematerialet testes.Gå videre for å få materialet for testing. I dette tilfellet er det polyetylenoksid i DMSO, med rødt fargestoff for demonstrasjon. Med en slikkepott, last materialet på toppen av bunngeometrien.Kontroller at ingen luftbobler er innkast i prøven i reometeret. Arbeid med målesystemene, satt til å trimme gapet. Bruk en firkantet slikkepott på slutten av geometrien for å forsiktig trimme overflødig materiale.Gå tilbake til målegapet, før du fortsetter. Kjør sinusoidal oscillatory skjær test ved hjelp av programvare. Naviger til Mine apper.Finn og åpne Stort Amplitude Oscillatory Skjær. Deretter går du til måleboksen. Der klikker du på belastningsvariabelen.Angi den opprinnelige og endelige verdien for et strekk amplitudefeiing. henholdsvis 1 og 4000 prosent. Angi den pålagte frekvensen.Angi også totalt antall belastningsa amplituder i det valgte området til 16. Merk av for Hent bølgeskjema for å samle inn forbigående svar. Klikk på Start-knappen for å starte eksperimentene.Data vises i løpet av den omtrent fem minutters kjøringen. Reometeret kan også brukes til vilkårlig definerte deformasjoner. I en ekstern fil oppretter du en liste over belastningsverdier for å definere funksjonen som skal brukes.Gå til Rheometry-programvaren og klikk på Mine apper. Og klikk på bølgeform tegn generator. Klikk på belastning i måleboksen.Derfra klikker du på Rediger. Lim inn de forhåndsbestemte belastningsverdiene fra den eksterne filen i verdilisten. Angi antall angitte punkter, punktvarighet og tiden for å justere den pålagte frekvensen.Når du er ferdig, merker du av for Hent bølgeform øverst. Klikk deretter på Start-knappen for å starte eksperimentet. Måledata vises på skjermen etter hvert som eksperimentet fortsetter.Disse dataene er for en Xanthan Gum-løsning under svingende skjærtester. Disse ikke-lineære stressbelastningskurvene indikerer at en sekvens av fysiske prosesser finner sted i materialet. Sekvens av fysiske prosesser og analyseprogramvare bestemmer den forbigående modulien som signaliserer de elastiske og viskøse egenskapene til materialer.Deres evolusjon avslører oppførsel under stor amplitude oscillatory klipping. Her er forekomsten av maksimal elastisitet nesten konstant på tvers av amplituder. Et plott av denne maksimale elastisiteten observert under stor amplitude oscillatory klipping og dynamisk moduli over utvalget av amplituder avslører en klar korrespondanse med lineære regimer lagring modulus.Den elastiske belastningen bestemmes av sekvensen av fysiske prosesser programvare ved forekomst av maksimal elastisitet er ca 16 prosent, selv når den påførte belastningen er så stor som 4000 prosent. Her er en sekvens av fysiske prosesser gjennomgått av Xanthan Gum-løsningen. I viskoplastregimet indikerer analyse null elastisitet.Etter hvert som skjærhastigheten minker, stivner løsningen som indikerer at strukturreformene. Når tilstrekkelig belastning er oppnådd, er det en rask overgang fra elastisk til viskøs oppførsel. Etter å ha gitt, går responsen tilbake til viskoplastisk deformasjonsregime, og sekvensene skjer i motsatt retning.Etter utviklingen baner denne teknikken vei for forskere innen myk materiereologi, for å utforske ytterligere transient struktur eiendomsbehandlingsrelasjoner.

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Internal Forces

Principal Stresses under a Given Loading

Equilibrium and Elasticity

SCIENTISTS IN ACTION

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

Kontrollere størrelse, form og stabilitet av supramolecular Polymers i Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Micro 3D Printing Ved hjelp av en digital projektor og dens anvendelse i studiet av myke materialer Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Sub-nanometer Resolution Imaging med Amplitude-modulasjon Atomic Force Microscopy i væske

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Studerer dynamiske prosesser av Nano store objekter i flytende ved hjelp av skanning transmisjonselektronmikroskopi

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

Utarbeidelse av flytende krystall nettverk for makroskopisk oscillasjon bevegelse av lys

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Lufttrykk fabrikasjon av store enkeltlags-rektangulære SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

Spredningen av passiv Tracers i laminær skjær flyt

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Fabrikasjon av myke pneumatiske nettverk aktuatorer med skrå Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

Rask fremstilling av tynne, myke pneumatiske aktuatorer og roboter

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Fabrikasjon av karbonbaserte ioniske elektromekanisk aktive myke aktuatorer

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...