悬浮液中粗糙和光滑的颗粒：它们混合的比例影响粘度突然增加的时间。来源：SEM图像：徐乔鹏，苏黎世联邦理工学院
Lucio Isa和他的研究小组解释了微球表面特性是如何使悬浮液粘度迅速增加，为水泥这样的流动材料奠定了理论基础。
网上有许多人们玩弄白色粘泥的视频，看起来人们像是在水上行走，但如果停下来，就会慢慢下沉。 这里的白色粘液通常是玉米淀粉与水的浓缩悬浮液。 虽然这种现象在苏斯博士的儿童书中通常称“欧不裂”，但材料科学家却用“非牛顿流体”一词。与普通的（牛顿）流体相比，非牛顿流体材料在承受大的、变化快速的作用力时会变得更加粘稠。在短时间内，非牛顿流体材料可像固体材料一样坚实。但是，如果当作用力较弱且一直不变时，非牛顿流体材料就像普通液体一样流动。
苏黎世联邦理工学院软件与装配系教授Lucio Isa说：“这种现象会出现在所有颗粒密度较高的悬浮液中，如水泥，如果水泥在施工时快速地通过管道泵入，管道就会堵塞”。
粗糙表面增加摩擦
部分原因是由于悬浮液中固体颗粒的表面特性。Isa解释说：“如果突然施加一个作用力，固体颗粒不能快速移动，并且相互接触、摩擦和阻塞”。颗粒表面越粗糙，摩擦力越大。
研究人员利用这些特性有针对性地控制稠密悬浮液中粘度的迅速增大。 Isa和他的同事们不是用玉米淀粉“玩”，而是用均匀的、表面粗糙的微米硅酸盐颗粒进行实验。这些颗粒看起来像小树莓，而且在早期的研究中已有研究人员使用。Isa和ETH教授Nicholas Spencer的博士生Chiao-Peng Hsu研发出一种方法，该方法可快速生成不同表面粗糙度树莓状颗粒库。
尽管颗粒较少，但粘度较高
研究人员使用这些粒子来制造悬浮液，并测试压力下迅速增加的粘度。结果表明，颗粒越粗糙，实现突然凝固时所需颗粒数量越少。相反，如果使用光滑的颗粒，则在研究人员能够观察到粘度迅速增加之前，必须在悬浮液中加入更多的颗粒。
研究人员表明，使用粗糙颗粒可以节省材料：它们在悬浮液中总体积的比例可以大大降低，却能产生相同的效果。
研究人员发现，混有粗糙和光滑颗粒的悬浮液也比仅具有光滑颗粒的悬浮液固化更快。ETH研究人员还发现，混合物中只有6％光滑颗粒时可显著降低粘度的增加。伊萨说：“这就像搅拌球轴承和齿轮，齿轮比较容易连接在一起，形成一个稳定的链条，但滚珠轴承很容易破坏这些链条并且会流动。”
为了研究单个粒子之间的摩擦，Hsu和他的同事Shivaprakash Ramakrishna在原子力显微镜的悬臂上贴了一个半微米的粒子。随后将悬臂移动数百纳米，将粒子移动到各种粗糙模型表面，同时测量倾斜角度。研究表明，摩擦越强，角度越大。许先生强调说：“因为尺寸非常小，在悬臂梁上使用这种粒子非常困难，我们是第一个完成这个任务的组织。”
可用于防弹背心
结果是否会被应用到实际应用中仍有待观察。 这项研究目前还是纯粹的研究。 Isa说：“我们研究的目标是改变纳米和微观结构来影响材料的宏观行为，而且我们成功了，这些发现可用于日常应用，如水泥，与我们的实验结果类似，通过调整颗粒表面并将它们混合成水泥，改善了水泥的流动性。”
但粘性悬浮液的迅速固化特性也可用于其他应用，例如，美国制造商使用粘性悬浮液来制造防弹和防刺安全背心。Isa说；“我们的研究可以提高这些应用性能”。
文章来自phys.org，原文题目为It all comes down to roughness。 .
