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“不一样”的课堂:流变学听两权威院士娓娓道来

美国TA仪器发布时间:2018/04/19 00:01 点击: 加载中..

  仪器信息网讯 流变学是介于力学、化学和工程学等之间的交叉、边缘学科,应用范围十分广泛,如聚合物加工、石油、食品、血液、悬浮液、润滑剂等均与流变学有关,但由于其机理多用张量等比较复杂的形式展现,所以一直以来,流变学都被认为是一门“高大上”的学科。分析检测方面也是如此,虽然流变表征手段能够获得很多的样品信息,但许多研究工作者,一般会更倾向于使用常见的热分析检测手段。

  随着对产业升级及技术革新要求越来越高,流变学如何从一门理论研究学科走向应用端成了更多流变界专家关注的重要命题。TA仪器作为流变技术的领导者,一直将推动流变学及其应用在全世界的发展作为自己的使命。

四位授课讲师

(从左至右:Christopher Macosko院士,Amy Shen教授,Gerald G.Fuller院士,乔秀颖博士)

  2018年4月9日至10日,美国TA仪器在上海新园华美达广场酒店举办了“流变学原理与前沿应用大师课程”,这是一次“不一样”的课堂:课堂讲师分别是:美国工程院Gerald G. Fuller院士、Christopher Macosko院士,两位都是世界流变学最高奖项宾汉奖获得者,作为流变学权威,能同时在同一课堂授课更是难得。同时,两位杰出的青年流变学家Amy Shen教授和乔秀颖博士也参与了大师课程的部分授课内容。此次课程不仅吸引了来自中国流变学术界的领军人物前来“朝圣”,更有众多产业界的技术专家们纷纷慕名而来,课程席位一票难求!大家都希望近距离接触并体验如此“不一样”的课程。课堂授课内容既包含最基础的流变概念及原理,同时也就实际应用问题进行了探讨,更融合了很多有趣的课堂小实验,如置身全美顶级名校课堂,所有学员亲历了一场流变盛宴。

院校及企业学员签到

授课现场

  仪器信息网编辑有幸参加了本次课堂第一天的授课,“不一样”的课堂难能可贵,所以按授课时间顺序,以图文形式对授课内容作以简记,以飨读者。

  第一节:流变学介绍:主要现象,材料性能

  授课人:Christopher Macosko 院士

授课中的Christopher Macosko 院士

  首先,Christopher Macosk院士介绍了流变学的概念,一句话概括即是研究复杂材料的流动与变形的学科。接着以现场道具(硅胶泥、面包片涂奶油等)实例介绍了流变学的主要研 究内容,即应力、应变、应变速率,及他们之间的关系。同时也介绍了牛顿流体与非牛顿流体的不同流变表现,对日常生活中的一些现象用流变学语言进行了生动解释,如应力松弛,、挤出胀大,爬杆效应等。最后以表面活性剂溶液、聚合物溶液、缠结聚合物、乳胶、凝胶等常见研究对象为例,分别解析了他们的应力应变曲线关系图。

课下答疑时间

  第二节:线性黏弹性

  授课人:Amy Shen教授

授课中的Amy Shen教授

  当应变振幅较小时,高聚物的流动呈现线性黏弹性。Amy Shen教授介绍了线性黏弹性的概念、相关公式机理。并重点介绍了Maxwell模型的内容及推导过程。

  第三节:线性黏弹性微观结构基础

  授课人:Gerald G . Fuller 院士

授课中的Gerald G . Fuller 院士

  Gerald G . Fuller院士首先以聚合物溶液、缠结聚合物、乳液等为例,讲解了松弛现象产生的微观原理。并讲道,线性黏弹性测试可用于探测复杂流体,软物质的微观结构,而线性黏弹性区的确定可以通过对材料施加一定外部刺激(应变或应力),材料的性能不依赖于外界刺激的这一段可以定位为线性黏弹区。不同材料的松弛时间可以通过材料内部松弛的物理机制来估计。最后,分别以聚合物稀液体的熵跃、刚性颗粒的旋转分散、乳液的表面张力、缠结聚合物链的蠕变等现象对松弛现象进行总结。

课下答疑时间

  第四节:线性黏弹性课堂实践

  授课人:乔秀颖 博士

授课中的乔秀颖 博士

    线性黏弹性课堂实践上,课堂为每位学员准备了流变性能不同的两种硅胶泥样品(黄色和蓝色)。乔博士首先让大家通过用手推、拉、挤压动作,体验两种样品的 不同流动变形现象,并让大家考虑是什么影响了这两种样品的不同表现。最后,通过流变实验数据对比分析,为大家解惑两种样品流变性能差异的原因。

互动实验中

课下答疑时间

  第五、六节:一般粘性流体、剪切流变仪

  授课人:Christopher Macosko 院士

思考时间

  Christopher Macosko院士通过向学员展示水、油、聚合物等多种物质的流动性,表明了生活中常用材料的黏度范围很广,日常生活中的一些常见行为如涂抹护肤品,刷漆以及工业中的加工过程如挤出成型,注塑成型等过程需要的剪切速率也呈现数量级的差异。通过这些实例物体的典型流变数据参数,进一步演示推导了广义牛顿流体的本构方程,并分别介绍了多种数据拟合模型。接着第六节课, Macosko院士又向大家详细介绍了剪切流变仪的结构、工作原理、实际应用案例等,同时,结合一些实际案例,解析了剪切流变仪的数据解析过程。

听课时间

  第七节:剪切变稀,剪切增稠的微观结构基础

  授课人:Gerald G . Fuller 院士

课上答疑时间

  课堂首先展示了剪切变稀、剪切增稠研究在历史上那些里程碑的发现:1984年,Laun通过不同体积分数的带电苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物悬浮液发现剪切黏度与体积分数和应力有关,并观察到剪切变稀、屈服和剪切增稠现象。 1989年,Russel发现黏度与无量纲应力与颗粒大小无关。2000年,Foss发现相对零剪切黏度只取决于体积分数。2005年,Lee发现第一法向应力差在高剪切速率下相对较小,改变信号变为负值(剪切 增稠)。接着具体讲解了剪切变稀和剪切增稠的概念及微观机理,以及在实际生活应用实例。

课程道具集合

  以上是第一天的全部课程内容,课程第二天,还由Christopher Macosko 院士和Gerald G . Fuller 院士共同讲解了非线性黏弹性、拉伸流变仪、非线性现象的微观结构基础、应力/絮凝悬浮体、界面流变学、凝胶及实例分析、微流变测量等精彩内容。同时,两位院士还为大家精心准备了28道实际应用中的问题供学员第一天节课后回去思考,并将在第二天课程中一一揭晓答案。

  整天课程下来,你会感受到课堂的内容非常丰富,笔者也听闻两位院士在课堂前一晚的晚餐期间,还在热烈的讨论讲课内容,再看课上的每一个实验道具、每个互动也足见两位院士为课堂精心的准备。据本次课程的组织方TA仪器中国区副总经理董传波先生介绍:两位院士均对流变学在中国的推广及传播满怀热情,对此次TA仪器组织的课程无偿授课,并在课程设计上亲历亲为,课堂上倾囊相授。他们对流变学的热爱令人感动!这场“不一样”的大师课程必将成为中国流变界内的一段佳话。更加荣幸的是,在授课茶歇期间,笔者有机会采访了Gerald G . Fuller 院士,对本次授课背后的故事、世界流变学发展现状等进行了交流,谈及讲堂上无限的授课热情时,Gerald G . Fuller 院士直接以“I love it”表达对流变学、对传播流变学知识的热爱。更多采访内容,请关注仪器信息网对Gerald G . Fuller 院士的后续专访报道。

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    附:授课专家介绍(排名不分先后)

Gerald Fuller, 斯坦福大学化学工程系Fletcher Jones教授。研究集中于光学流变学,拉伸流变学及界面流变学三方面。研究旨在应用于广泛的软物质材料如聚合物溶液和熔体,液晶,悬浮体及表面活性剂等。最近的应用与生物材料有关。Fuller教授曾获得流变学会宾汉奖章,并且是国家工程学院的院士。

Christopher W. Macosko, 明尼苏达大学化学工程与材料科学系教授,国家工程学院院士。组织教学并著有广为使用的流变学教材。曾协助一些商用流变仪及大量测试方法的开发。他的团队目前致力于聚合物共混物,聚合物纳米复合材料及反应体系的流变学研究。曾获AIChE及SPE的奖项及流变学会宾汉奖章。

Amy Shen,日本冲绳科学技术研究所微流体/生物流体/纳流体部门教授,2014 年就职于日本之前曾于华盛顿大学担任机械工程系教员。Shen教授的研究主要聚焦于复杂流体的微流体,黏弹性及小尺度惯性弹性的不稳定性,这些研究在纳米技术及生物技术方面得到应用。Amy Shen最近还被流变学学会选为学术委员。2003年荣获Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award奖项,2007年获得国家自然科学基金奖,2013获得富布莱特学者奖。

乔秀颖, 上海交通大学材料科学与工程学院副研究员,中国科学院长春应用化学研究所博士,曾于斯坦福大学,美国阿克伦大学,德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所进行博 士后及国际合作研究项目。目前的研究方向包括智能及功能性高分子复合材料及纳米复合材料,聚合物融体流变学,悬浮体及表面活性剂。曾获得洪堡经验研究学者成员奖,并发表了70多篇文章及10多篇授权专利。

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