On the electric-field-induced responses of charged spherical colloids in uncharged hydrogels and the anomalous viscosity of polymer-nanocomposite melts

• Main Author: Wang, Mu
• Other Authors: Reghan James Hill (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2008
• Subjects: Engineering - Chemical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=21951

Colloidal particles dispersed in complex fluids such as hydrogels and polymer melts are important because nano-scale inclusions often impart unexpected and commercially attractive changes in the dispersed phase. Future development of these colloidal composites, and diagnostics to characterize their microstructure, demand a sound understanding of micro-scale dynamics. Accordingly, this thesis addresses (i) the steady and dynamic electric-field-induced displacements of spherical colloidal particles embedded in hydrogels, and (ii) the anomalous viscosity reduction of polymer-nanocomposite melts. The first problem is undertaken by solving a multi-phase electrokinetic model that quantifies how the viscoelasticity, compressibility, and hydrodynamic permeability of the hydrogel skeleton, and physicochemical properties of the inclusions, modulate the particle dynamics and electroacoustic responses. For the second problem, a hydrodynamic model is developed, and its analytical solution and numerical extension are adopted to interpret recent experiments in the literature where the bulk viscosity decreases anomalously with increasing particle volume fraction. === Les particules colloïdales dispersées dans les fluides complexes comme les hydrogels et des fontes de polymères sont importantes parce que les inclusions à nano-échelle répandent souvent des changements inattendus et commercialement intéressants dans la phase dispersée. Les développements futurs de ces composites colloïdales et des diagnostiques pour caractériser leur microstructure, demande une bonne compréhension de la dynamique à micro-échelle. En conséquence, cette thèse porte sure (i) la progression régulière et dynamique des déplacements de particules colloïdales sphériques embarqués dans des hydrogels induits par le champ électrique, et (ii) la réduction anormale de la viscosité des fontes en polymères nanocomposites. Le premier problème est entrepris par la résolution d'un modèle électrocinétique à multiple phases qui quantifie de façon où la viscoélasticité, de compression, la perméabilité hydrodynamiques de squelette d'hydrogel et des propriétés physico-chimiques des inclusions, et de moduler la dynamique des particules et réponses électroacoustiques. Pour le deuxième problème, un modèle hydrodynamique est développé, sa solution analytique et son extension numérique sont adoptées pour interpréter les expériences récentes en littérature où la plus grande viscosité diminue anormalement avec l'augmentation du volume fraction des particules.