显示器 黏糊糊的手指头 材料科学:研究人员发明了一种精巧的方法来测量番茄酱等黏滞流体的性质 Dec 3rd 2011 | from the print edition 如果你曾经为了让蕃茄酱更容易地从瓶子里面流出来而使劲摇晃瓶子,那你就算做过流变学实验。这是一门研究物质如何流动的科学,考虑的是让液体具有总体黏滞性的各种因素。摇晃蕃茄酱瓶就牵涉到其中一个因素:剪切稀释。这一过程强行分开了液体内的各层,让它突然易于流动,从而降低了液体对流动的抗拒,即降低了黏滞性。 因此,如果你想制作完美的番茄酱,流变性是重要的一环。但要在番茄酱工厂里检测流变性状况可能会很困难。因此,人们可能不会很快发现生产过程中出现的困难。但英格兰谢菲尔德大学(University of Sheffield)的朱丽亚•里斯、威尔•基莫尔曼和赫马卡•本杜拉森纳(ulia Rees, Will Zimmerman and Hemaka Bandulasena)帮他们解决了这一难题。他们发明了一种便宜的小巧装置,辅之以巧妙的数学处理即可检测剪切等黏滞性变化现象。更重要的是,这种方法可在生产过程中使用,而无须提取样品拿到实验室内进行测试。如果工厂生产的酱品不具备所要求的黏度,人们立即就可以发现这一情况。 最近一期的《测量科学与技术》(Measurement Science and Technology)描述了这种新型流变计:它有一根让一些番茄酱(或任何其他需要检测的物质)通过的管道。该管道内有一个拐角,当流体转过拐角时,其速度、压强和剪切速率全都以某种方式发生变化:正是这种变化方式揭示了流体的黏滞性。使用一种名为微米分辨粒子图像测速仪的技术可以将所研究的这些变化绘图;该仪器在流体上撒布微小的颗粒并用数码相机跟踪其行为。 对现代技术来说,所有这些都不是难事。困难的是如何解释人们看到的现象。里斯、基莫尔曼和本杜拉森纳三位博士(或者不如说他们的计算机)所做的,是选取描述流变的方程,输入观察到的流体行为,然后反复对各种可能性进行数学运算,以确定哪种流变性质的组合会实际产生那种行为。这种性质的组合揭示了流体可能具有的物理特性,包括那些并非一眼就可以看出的,这就可以从中看出这种组合的出现是否合乎规范。 这种方法似乎奏效了。到现在为止,用番茄酱、蛋黄酱等作为测验液的实验结果与在大学化学系中使用传统设备得到的结果符合得很好。更重要的是,如果在真正的工厂里装备这种新设备,它们将总是处理同一种物质。那就不需要用普适方法进行计算,而找出实际工作情况的任务可以改由流变计本身带有的简单处理机完成。 这一技术并不局限于工业应用。在这三位研究人员研制的一台流变计上有一个仅有人的头发丝粗细的测试通道。这一点吸引了研究血液与淋巴液等流体的生物学家的兴趣。这三位研究人员现在正在寻求产业界伙伴以进行进一步测试。遗憾的是,他们的发明还无法让人把最后一点番茄酱从瓶子里弄出来。
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