コロイドゲルのフィンガリング不安定性の基準.

Criterion for Fingering Instabilities in Colloidal Gels.

• Thibaut Divoux
• Asheesh Shukla
• Badis Marsit
• Yacouba Kaloga
• Irmgard Bischofberger

抄録

2枚の平行なプレートの間にコロイドゲルを挟み、上側のプレートを等速で持ち上げることで放射状の流れを誘発する。このような引張試験から2つの異なるシナリオが得られます。(i)ゲルが降伏することなく引張変形する不安定な流れと、(ii)ゲル内にエアフィンガーが半径方向に成長することを特徴とする不安定な流れである。この不安定流動は、ゲルの巨視的な降伏応力とは無関係に、臨界エネルギー入力を超えて発生することを示す。このことは、成長する指の先端でゲルが局所的に流動化していることを意味し、古典的な粘性指の不安定性の特徴的なスケーリングを示すパターンの中で最も不安定な波長を示す結果となった。本研究では、遅延破壊の枠組みと一致する局所的なせん断誘発降伏に基づいて、コロイドゲルのフィンガリングの発生を定量的に評価する基準を提供することができた。

We sandwich a colloidal gel between two parallel plates and induce a radial flow by lifting the upper plate at a constant velocity. Two distinct scenarios result from such a tensile test: (i) stable flows during which the gel undergoes a tensile deformation without yielding, and (ii) unstable flows characterized by the radial growth of air fingers into the gel. We show that the unstable regime occurs beyond a critical energy input, independent of the gel's macroscopic yield stress. This implies a local fluidization of the gel at the tip of the growing fingers and results in the most unstable wavelength of the patterns exhibiting the characteristic scalings of the classical viscous fingering instability. Our work provides a quantitative criterion for the onset of fingering in colloidal gels based on a local shear-induced yielding in agreement with the delayed failure framework.