Name: studying large amplitude oscillatory shear response of soft materials
Uploaded: 2019-04-25T13:00:00
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Os autores agradecer Anton Paar para uso do MCR 702 rheometer através do seu programa de pesquisa acadêmica de VIP. Agradecemos também o Dr. Abhishek Shetty pelos comentários na configuração do instrumento.

1. rheometer Setup
<ol><li>Com o rheometer configurado no modo de SMT (ver nota), anexar as geometrias de unidade superior e inferior. Para manter o mais próximo de um campo de cisalhamento homogênea quanto possível, use um chapa de 50mm (PP50) como o dispositivo elétrico de baixo e um cone de 2 graus (CP50-2) para a fixação superior. Nota: O rheometer usamos (veja a Tabela de materiais) pode ser configurada em qualquer um combinado motor-transdutor (CMT) ou modo de transdutor motor separado (...

<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>

Nós demonstramos como executar corretamente a grande amplitude oscilatória rheometrie testes usando um rheometer comercial e para executar o freeware de análise SPP para interpretar e compreender as respostas de estresse não-linear de duas soluções distintas do polímero. O quadro SPP, que anteriormente foi mostrado para correlacionar com mudanças estruturais e facilitar o entendimento de inúmeros sistemas coloidais, pode ser igualmente aplicado a sistemas de polímero. As respostas de duas soluções polimérica...

Soluções concentradas poliméricas são usadas em uma variedade de aplicações industriais, principalmente para aumentar a viscosidade, incluindo em alimentos1 e outros produtos de consumidor2, recuperação de petróleo aprimorada3e de remediação do solo4. Durante o seu processamento e utilização, eles são necessariamente sujeitos a grandes deformações sobre uma escala das escalas de tempo. Sob tais processos, eles demonstram o ricos e complexos não-lineares comportamentos reológicos que dependem do fluxo ou deformação condições1. Compreender esses comportamentos reológicos não-lineares complexos é essencial para controlar processos com êxito, projetar produtos superiores e maximizando a eficiência energética. Além da importância industrial, há uma grande quantidade de interesse acadêmico em compreender os comportamentos reológicos de materiais poliméricos longe de equilíbrio.
Oscilatória testes são um componente básico de cada minuciosa caracterização reológica devido a aplicação ortogonal de tensão e de deformação taxa5, e a capacidade de controlar independentemente do comprimento e tempo escalas sondada por meio do ajuste da amplitude e frequência. A resposta de estresse para as cepas oscilatória de pequena amplitude, que são pequenos o suficiente para não perturbar a estrutura interna do material, pode ser decomposta em componentes em fase com a tensão e em fase com a taxa de deformação. Os coeficientes das componentes em fase com a tensão e a taxa de deformação são coletivamente referidos como o módulo dinâmico6,7e individualmente como o módulo de armazenamento, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq1.jpg"> </img>e o módulo de perda, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq2.jpg"> </img>. O módulo dinâmico leva para limpar interpretações elásticas e viscosas. No entanto, interpretações baseadas esses módulos dinâmicos são válidas apenas para amplitudes de tensão pequena, onde as respostas de estresse a excitações senoidais são também senoidais. Este regime é geralmente referido como a pequena amplitude oscilatória (SAOS) ou o regime de viscoelástico linear. Como a deformação imposta torna-se maior, mudanças são induzidas a microestrutura do material, que são refletidas na complexidade do stress transitória não-sinusoidal respostas8. Este regime reologicamente não-linear, que imita mais de perto condições de uso de processamento e consumo industriais, o módulo dinâmico age como pobres descrições da resposta. Outra maneira de entender como se comportam de materiais macios concentrados de equilíbrio, portanto, é necessário.
Uma série de recentes estudos9,10,11,12,13,14,15,16 mostraram que os materiais passam por mudanças estruturais e dinâmicos de diversas intraciclo eliciada maiores deformações no oscilatória de grande amplitude média amplitude oscilatória (MAOS)15,17 e regimes (LAOS). As mudanças estruturais e dinâmicos de intraciclo tem diferentes manifestações, tais como quebra de microestrutura, anisotropia estrutural, rearranjos locais, reforma e mudanças em difusividade. Estas mudanças físicas intraciclo no regime não-linear originar as respostas de estresse não-lineares complexas que não podem ser interpretadas simplesmente com o módulo dinâmico. Como alternativa, várias abordagens têm sido sugeridas para a interpretação das respostas não-lineares de stress. Exemplos comuns disso são Fourier transform reologia (reologia FT)18, expansões de séries de potências11, a descrição de Chebyshev19e a sequência dos processos físicos (SPP)5,8, 13,14,20 análise. Apesar de todas essas técnicas foram mostradas para ser matematicamente robusto, ainda é uma pergunta sem resposta sobre se qualquer uma dessas técnicas pode fornecer explicações físicas claras e razoáveis de respostas de estresse oscilatório não-linear. Continua a ser um excelente desafio para fornecer interpretações concisas dos dados reológicas que correlacionam às medidas estruturais e dinâmicas.
Em um estudo recente, a resposta ao estresse não-linear da reologia Glassy macio (SGR) modelo8 e um vidro macio feito de polímeros de estrela coloidal7sob oscilatória foi analisada através do regime SPP. Mudanças temporais nas propriedades elásticas e viscosas inerentes nas respostas de estresse não-lineares foram quantificadas separadamente pelo módulo SPP, <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> e <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> </img>. Além disso, a transição reológica representada pelo módulo transiente com precisão correlacionou-se à evolução microestrutural representada através da distribuição de elementos mesoscópica. No estudo do SGR modelo8, foi claramente demonstrado que essa interpretação reológicas através do regime SPP reflete com precisão as mudanças físicas em todas as condições oscilatória nos regimes lineares e não lineares para vidros suaves. Esta capacidade única de fornecer a exata interpretação física das respostas não-lineares dos óculos macios torna o método SPP uma abordagem atraente para pesquisadores estudando fora-de-equilíbrio dinâmica de soluções de polímeros e outros materiais macios.
O esquema SPP é construído em torno de visualização comportamentos reológicos como ocorrendo em um espaço tridimensional (<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg">) que consiste da estirpe (<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq6.jpg">), taxa de deformação (<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq7.jpg">) e stress (<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq8.jpg">)5. Em um sentido matemático, as respostas de estresse são tratadas como funções de várias variáveis da estirpe e taxa de deformação (<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq9.jpg">). Como o comportamento reológico é considerado como uma trajetória em <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq5.jpg"> (ou uma função multivariável), uma ferramenta para discutir as propriedades de uma trajetória é necessária. Na abordagem SPP, os moduli transiente <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> e <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> desempenham um papel. O módulo de elasticidade transiente <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq3.jpg"> e módulo viscoso <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg"> são definidas como derivadas parciais do estresse em relação a tensão (<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq10.jpg">) e a taxa de deformação (<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq11.jpg">). Após a definição física de diferencial módulo elástico e viscoso, o módulo transitório quantificar a influência instantânea de tensão e taxa de tensão sobre a resposta ao estresse, respectivamente, Considerando que outros métodos de análise não podem fornecer qualquer informações sobre as propriedades elásticas e viscosas separadamente.
A abordagem SPP enriquece a interpretação dos testes oscilatória. Com a análise SPP, os complexos não-lineares comportamentos reológicos de soluções poliméricas concentradas no LAOS podem estar diretamente relacionados com os comportamentos reológicos lineares na SAOS. Mostramos neste trabalho como a máximo de elasticidade transitória (<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq12.jpg">máx) perto da tensão extrema corresponde para o módulo de armazenamento no regime linear (SAOS). Além disso, mostramos como o módulo viscoso transitório (<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq4.jpg">) durante uma LAOS ciclo traça a curva de fluxo do estado estacionário. Além de fornecer detalhes da sequência complexa de processos que polímero soluções concentradas passar sob LAOS, regime SPP também fornece informações sobre a estirpe recuperável no material. Esta informação, que não é obtida através de outras abordagens, é uma medida útil de quanto um material será recolhimento, uma vez que o stress é removido. Tal comportamento tem impacto sobre a qualidade de impressão de soluções concentradas para aplicações de impressão 3D, bem como serigrafia, formação das fibras e cessação do fluxo. Um número de estudos recentes,5,8,13 indicam claramente que a cepa recuperável não é necessariamente o mesmo que a tensão imposta durante experimentos de LAOS. Por exemplo, um estudo de óculos coloidais macios sob LAOS13 descobriu que a cepa recuperável é apenas 5% quando significativamente maior total tensão (420%) é imposta. Outros estudos16,21,22,23,24 usando o módulo de gaiola21 também concluir que a elasticidade linear pode ser observada sob LAOS no ponto de fechar aos valores máximos de tensão, implicando que os materiais experimentaram relativamente pequena deformação naqueles instantes. O esquema SPP é o único quadro para compreensão LAOS que contas para uma mudança no equilíbrio de tensão que leva a uma diferença entre o recuperáveis e as estirpes de totais.
Este artigo visa facilitar entendimentos e facilidade de uso do método de análise a SPP, fornecendo um protocolo detalhado para um freeware de análise de LAOS, usando duas soluções de polímero concentrado, uma solução de aquosa 4 wt % xantana (XG) e um 5% em peso PEO em solução de DMSO. Estes sistemas são escolhidos devido a sua ampla gama de aplicação e reologicamente interessantes propriedades. Goma xantana, um polissacarídeo de alto peso molecular natural, é um estabilizador excepcionalmente eficaz para sistemas aquosos e comumente aplicado como um aditivo para fornecer viscosification desejado ou em óleo de perfuração para aumentar a viscosidade e render pontos de lamas de perfuração. PEO tem uma única propriedade hidrófila e geralmente é usado em produtos farmacêuticos e de sistemas de liberação controlada, bem como atividades de remediação do solo. Estes sistemas poliméricos são testados sob várias condições de oscilatória que se destinam à aproximação, processamento, transporte e condições de uso final. Embora estas condições práticas não necessariamente envolver reversão de fluxo como oscilatória, o campo de fluxo pode facilmente ser aproximado e sintonizado com o controle independente da amplitude aplicada e imposta a frequência em um teste oscilatório. Além disso, o esquema SPP pode ser usado conforme descrito aqui para entender uma ampla gama de tipos de fluxo, incluindo aqueles que não incluem reversões de fluxo, tais como o recentemente proposto UD-LAOS25, em que as oscilações de grande amplitude são aplicadas em um única direção (líder para o moniker "uni-direcional LAOS"). Para manter a simplicidade e para fins ilustrativos, limitamos o estudo atual para o LAOS tradicional, que inclui a inversão periódica de fluxo. As respostas reológicas medidas são analisadas com a abordagem SPP. Vamos demonstrar como usar o software SPP com explicações simples sobre passos de cálculo salientes para melhorar a compreensão e uso dos leitores. Uma lenda para interpretação dos resultados de análise SPP é introduzida, segundo a qual o tipo de transição reológica é identificado. Resultados de análise SPP representante dos dois polímeros sob várias condições oscilatória são exibidos, em que podemos claramente identificar uma sequência de processos físicos que contém informações sobre a resposta de viscoelástico linear do material, bem como as propriedades de estado estacionário de fluxo do material.
Este protocolo fornece detalhes salientes de como exatamente realizar experimentos reológicos não-lineares, bem como um passo a passo guia para analisar e compreender reológicas respostas com o quadro SPP, como mostrado na Figura 1. Começamos por fornecer uma introdução à configuração do instrumento e calibrações, seguidas por comandos específicos para fazer um rheometer comercialmente disponíveis coletar dados transientes de alta qualidade. Uma vez que foram obtidos os dados reológicos, apresentamos o freeware de análise SPP, com um manual detalhado. Além disso, nós discutimos como entender a resposta dependente do tempo das duas soluções de polímero concentrado no âmbito do regime SPP, comparando os resultados obtidos de LAOS com a varredura linear-regime de frequência e a curva de fluxo de estado estacionário. Estes resultados identificam claramente que as soluções de polímero de transição entre Estados reológicos distintos dentro de uma oscilação, permitindo uma imagem mais detalhada de sua reologia transitória não-linear para emergir. Estes dados podem ser usados para otimizar as condições de processamento para a formação de produto, transporte e usam. Estas respostas dependentes de tempo ainda mais fornecem caminhos potenciais de forma claramente relações estrutura-Propriedade-processamento pelo acoplamento da reologia com microestrutural informações obtidas de pequeno ângulo dispersão de nêutrons, raios-x ou luz ( SANS, SAXS e SALS, respectivamente), microscopia, ou simulações detalhadas.

<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

Investigamos a sequência dos processos físicos exibidos durante grande amplitude oscilatória tosquia (LAOS) de óxido de polietileno (PEO) em dimetilsulfóxido (DMSO) e goma xantana na água — duas soluções de polímero usadas como viscosifiers em alimentos, concentraram recuperação de petróleo aprimorada e remediação do solo. Compreender o comportamento reológico não-linear de materiais macios é importante no projeto e controlado a fabricação de muitos produtos de consumidor. Ele é mostrado como a resposta ao LAOS destas soluções de polímero pode ser interpretada em termos de uma transição clara de viscoelasticidade linear para viscoplastic deformação e de volta outra vez durante um período. Os resultados do LAOS são analisados através da técnica de sequência de processos físicos (SPP) totalmente quantitativa, utilizando software livre baseado em MATLAB. É apresentado um protocolo detalhado de realizar uma medição de LAOS com um rheometer comercial, analisando respostas de estresse não-linear com o freeware e interpretar processos físicos em LAOS. Além disso é mostrado que, no âmbito da SPP, uma resposta de LAOS contém informações relativas a viscoelasticidade linear, as curvas de fluxo transiente e a tensão crítica responsável para o aparecimento de não-linearidade.

Resultados representativos da análise de soluções XG e PEO/DMSO sob testes oscilatória SPP são apresentados nas figuras 4 e 5. Primeiro, apresentamos os dados brutos como elástico (<img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq30.jpg">) e viscoso (<img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/58707/58707eq31.jpg">) curvas de Lissajous-Bowditch em figuras 4a, 4b, 5a e 5b...

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Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

Apresentamos um protocolo detalhado descrevendo como realizar não linear oscilatória reologia em materiais macios e como executar a análise de SPP-LAOS para entender as respostas como uma sequência de processos físicos.

Estudar a resposta de grande Amplitude oscilatória de materiais macios

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

Este método pode ajudar a responder perguntas-chave no campo da matéria suave, como a correlação entre respostas macroscópicas e microscópicas. A principal vantagem do método é que ele pode quantificar as propriedades viscoelásticas dos materiais ao longo de um experimento reológico em contraste com os métodos tradicionais que fornecem informações médias. Embora este método possa fornecer informações sobre materiais poliméricos, ele também pode se aplicar a outros sistemas, como géis coloidais e óculos e materiais biológicos.Trabalhe com um Reômetro que possa realizar medições de controle de manchas. Primeiro, conecte as geometrias de acionamento superior e inferior. Para a fixação inferior, use uma placa de 50 mm.Use um cone de dois graus para a fixação superior. Em seguida, zero a lacuna, calibrar as medidas e definir a temperatura. Uma vez concluídas essas etapas, abra a lacuna nas geometrias a partir de zero para permitir que o material de carregamento seja testado.Vá em frente para obter o material para testes. Neste caso, é óxido de polietileno em DMSO, com corante vermelho para demonstração. Com uma espátula, carregue o material na parte superior da geometria inferior.Certifique-se de que nenhuma bolha de ar está presa na amostra no Reômetro. Trabalhe com os sistemas de medição, defina a abertura. Use uma espátula quadrada no final da geometria para aparar suavemente o excesso de material.Retorne à lacuna de medição, antes de continuar. Execute o teste de tesoura oscilativa sinusoidal usando software. Navegue até meus aplicativos.Encontre e abra a tesoura oscilatória de grande amplitude. Em seguida, vá para a caixa de medição. Lá, clique na variável de tensão.Digite o valor inicial e final para uma varredura de amplitude de tensão. 1 e 4000%, respectivamente. Especifique a frequência imposta.Além disso, defina o número total de amplitudes de tensão na faixa escolhida para 16. Verifique a caixa Get waveform para coletar respostas transitórias. Clique no botão Iniciar para iniciar os experimentos.Os dados serão exibidos durante o curso da execução de aproximadamente cinco minutos. O Reômetro também pode ser usado para deformações arbitrariamente definidas. Em um arquivo externo crie uma lista de valores de tensão para definir a função a ser aplicada.Vá para o software de Reometria e clique em Meus Aplicativos. E clique no gerador de sinais de forma de onda. Na caixa de medição, clique na tensão.A partir daí, clique em Editar. Na lista de valores, cole os valores de tensão pré-determinados do arquivo externo. Especifique o número de pontos inseridos, a duração do ponto e o tempo para ajustar a frequência imposta.Quando terminar, verifique a caixa Get Waveform da parte superior. Em seguida, clique no botão Iniciar para iniciar o experimento. Os dados de medição aparecerão no monitor à medida que o experimento prossegue.Estes dados são para uma solução de Goma Xanthan em testes de tesoura oscilatória. Essas curvas de tensão não linear indicam que uma sequência de processos físicos ocorre dentro do material. Sequência de processos físicos e software de análise determina o moduli transitório que sinaliza as propriedades elásticas e viscosas dos materiais.Sua evolução revela o comportamento sob grande amplitude oscilação oscilatória. Aqui, a instância de elasticidade máxima são quase constantes entre as amplitudes. Um enredo dessa elasticidade máxima observada durante a cisalhamento oscilatório de grande amplitude e o moduli dinâmico através da gama de amplitudes revela uma correspondência clara com o módulo de armazenamento de regimes lineares.A tensão elástica determinada pela sequência de processos físicos software na instância de elasticidade máxima é de aproximadamente 16%, mesmo quando a cepa aplicada é tão grande quanto 4000 por cento. Aqui está uma sequência de processos físicos sofridos pela solução Xanthan Gum. No regime viscoplástico, a análise indica elasticidade zero.À medida que a taxa de corte diminui, a solução endurece indicando que sua estrutura se reforma. Uma vez adquirida uma tensão suficiente, há uma rápida transição do comportamento elástico para viscoso. Após o rendimento, a resposta retorna ao regime de deformação viscoplástica e as sequências ocorrem na direção oposta.Após seu desenvolvimento, essa técnica abre caminho para pesquisadores do campo da reologia da matéria macia, explorar ainda mais as relações transitórias de processamento de propriedades da estrutura.

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