Fumed Silica-Based Suspensions for Shear Thickening Applications: A Full-Scale Rheological Study

膨胀的 气相二氧化硅 剪切(地质) 流变学 材料科学 剪切速率 复合材料 化学工程 工程类
作者
Parvin Alaee,Milad Kamkar,Mohammad Arjmand
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (16): 5006-5019 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.2c00591
摘要

Understanding shear thickening fluids (STFs) is critically important in a broad spectrum of fields ranging from biology to military. STFs are referred to the suspension of solid particles in an inert carrier liquid. Customizing the thickening behavior is vital for obtaining desired properties. Hence, comprehending shear thickening mechanisms is necessary to fully understand the factors affecting the shear thickening response of the STFs. Herein, we systematically investigate the effects of a wide range of parameters, from inherent properties of the constituents, including size and surface chemistry of the suspended particles, to practical conditions such as temperature and shear history, on the shear thickening behavior of fumed silica nanoparticles (NPs)-based suspensions in a polyethylene glycol (PEG) medium. Accordingly, increasing the hydrophobicity of the silica NPs or decreasing the NP size transforms the suspensions from sol to gel. The sol systems exhibit a strong shear thickening response, while shear thinning behavior is prominent in the strong gel systems. Hybridization of different silica NPs is also leveraged to tune the shear thickening behavior. In addition, we showcase the decisive role of operating temperature or shear history on the shear thickening behavior of suspensions. For instance, in terms of the shear history, above a critical value of preshear, the shear thickening behavior occurs at lower shear rates for STFs containing hydrophilic NPs. It is believed that the provided insights in this study can pave the way for developing advanced STFs with prescribed features.
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