清华新闻网11月3日电 黏度是最常用的描述流体物性的物理量。如何从微观理论出发定量的解释黏度，不仅在化工、医药等工业领域具有重要实用价值，同时也是软凝聚态物理研究的核心问题之一。当流体处于过冷状态时，流体的黏度呈现出非常显著的非线性特征。例如，随着流速的增加，黏度呈现出明显衰减（图1）。这一现象称为“剪切变稀”。剪切变稀是最常见的液体非线性流变现象。

图1.过冷液体的剪切变稀
清华大学工程物理系王哲副教授课题组选取在实验室和工业生产中均非常常见的胶体体系作为研究过冷液体流动性质的模型系统。通过理论分析和布朗动力学模拟，建立了“局域弹性区（localized elastic region）”理论模型。图2给出了该模型的示意图。局域弹性区是流体中的瞬态微观单元。它的弹性形变和屈服是过冷液体的黏弹性的微观物理基础。基于该模型，剪切变稀现象和液体的微观结构变形以及弹性性质之间得以建立定量的标度律关系。在理论和模拟研究的基础上，课题组利用小角中子散射技术对该模型进行了实验验证，实验结果支持了理论模型的合理性。

图2.局域弹性区（localized elastic region）示意图
该理论模型的提出是对传统观点的挑战。从宏观的角度来看，黏度属于一种耗散特征；而本项研究表明，其背后的微观物理机制是弹性的。这一思路被匿名审稿专家一致高度评价，被认为是“研究范式的改变（paradigmatic change）”和“具有开创性（groundbreaking）”。
该工作以“局域弹性主导胶体过冷液体的非线性流变性质”（Localized elasticity governs the nonlinear rheology of colloidal supercooled liquids）为题发表于物理领域著名刊物《物理评论X》（Physical Review X）。
本文第一作者为清华大学工程物理系2018级博士生孔德嘉，通讯作者为清华大学工程物理系王哲副教授。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目以及国家级青年人才项目的资助。
论文链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.12.041006
供稿：工物系
题图设计：任左莉
编辑：李华山
审核：吕婷
2022年11月03日 08:21:27