تغییر شکل ذرات ما چهار رژیم وابسته به سرعت را معرفی می کند. ما مکانیسم های احتمالی اساسی برای رژیم های مختلف را مورد بحث قرار می دهیم. به طور کلی، سیستم تعلیق کره‌ای نرم ما نشان می‌دهد که تماس محدود بین سطوح لغزنده باعث لغزش آسان و ضرایب اصطکاک کم می‌شود. این مورد برای سوسپانسیون های با حجم بالا، ذرات سخت و ذرات بزرگ است، زیرا این نمونه ها به خوبی قادر به جداسازی سطوح لغزنده هستند. سوسپانسیون ذرات کروی نرم که معرفی کردیم می تواند به عنوان یک سیستم مدل برای درک کامل رفتار اصطکاکی پودرها، خمیرها و سوسپانسیون هایی که معمولاً در کشاورزی، داروسازی و غذا استفاده می شوند، عمل کند.
2 تجربی
2.1 آماده سازی ریز ذرات ژلاتین
ما از ریز ذرات ژلاتین (شکل 2) به عنوان بلبرینگ هیدروژل نرم خود استفاده می کنیم. برای به دست آوردن ریزذرات ژلاتین ابتدا محلول های ژلاتینی با درصد وزنی مربوطه (وزنی/وزنی درصد) درست می کنیم.
این کار با افزودن پودر ژلاتین (نوع A، سیگما آلدریچ) به آب Milli-Q انجام می شود. مخلوط تکان داده شد و در دمای اتاق رها شد تا پودر ژلاتین هیدراته شود قبل از اینکه مخلوط تا دمای 60 درجه سانتیگراد گرم شود تا ژلاتین حل شود. سپس محلول ژلاتین با نسبت 1: 4 به مخلوطی از روغن آفتابگردان و 2.5 درصد وزنی امولسیفایر پلی گلیسرول پلی ریسینولئات (PGPR) در دمای 60 درجه سانتی گراد اضافه شد. یک امولسیون محلول ژلاتین در روغن با پیش مخلوط کردن محلول ژلاتین با مخلوط روغن/PGPR به مدت 15 دقیقه با استفاده از یک نوار همزن مغناطیسی ایجاد شد. امولسیون از پیش مخلوط شده بیشتر با استفاده از همگن سازی استاتور روتور (IKA Ultra Turrax) همگن شد و پس از آن امولسیون بلافاصله در یک حمام یخ خنک شد تا ژلاتین ژلاتین ایجاد شود و ذرات هیدروژل جامد مانند ایجاد شود. زمان اختلاط و سرعت اختلاط برای تغییر اندازه قطرات متفاوت بود. یک نمای کلی از زمان‌ها و سرعت‌های اختلاط مورد استفاده برای هر نمونه را می‌توان در جدول 1 یافت. برای جمع‌آوری ذرات هیدروژل ژلاتین، مقدار عمده روغن با سانتریفیوژ کردن به مدت یک سیکل 30 دقیقه‌ای در 16000 دور در دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد حذف شد. . روغن باقیمانده با پخش کردن ریزذرات ژلاتین در استون در طول شب حذف شد. استون با روغن محلول با فیلتراسیون حذف شد و خشک شدن بیشتر توسط هوا منجر به یک پودر خشک شد. برای تهیه سوسپانسیون ذرات هیدروژل، پودر ذرات خشک شده به آب اضافی اضافه شد تا ذرات دوباره هیدراته شوند. آبرسانی مجدد ذرات را به شکل کروی اولیه خود باز می گرداند و می توان آن را به طور مکرر انجام داد.
برای جلوگیری از تجمع ذرات هیدروژل، ما سوسپانسیون را به مدت 1 دقیقه با استفاده از یک IKA Ultra Turrax و سپس برای چهار چرخه (یک چرخه در 40 بار و سپس سه چرخه در 80 بار) با استفاده از یک هموژنایزر LAB (Delta Instruments) همگن کردیم. ما تأیید می کنیم که ذرات پس از درمان، کروی باقی مانده اند، با استفاده از میکروسکوپ روشن فیلد (شکل 2b). برای افزایش بیشتر سختی ذرات میکروژل خاص، ما ژلاتین را با استفاده از روشی که در کار قبلی منتشر شده بود به صورت شیمیایی به هم متصل کردیم. پس از فیلتراسیون، یک سوسپانسیون ذرات هیدروژل متراکم به دست آوردیم که برای اندازه‌گیری‌های رئولوژیکی و تریبولوژیکی استفاده می‌شد. ما به این تعلیق با بسته بندی متراکم به عنوان "100٪" اشاره می کنیم که در اینجا به حداکثر بسته بندی اشاره دارد. کسر حجمی واقعی ذرات بسیار کمتر است، زیرا حداکثر بسته بندی ذرات کروی و تک پراکنده از نظر تئوری بین 64 تا 74 درصد است. از این رو از ادعای ارزش خاص کسر بسته بندی خودداری می کنیم و آن را "100٪" می دانیم. این سوسپانسیون 100٪ با بسته بندی متراکم با آب Milli-Q رقیق می شود تا 50٪،