張穎 鄭宇 何茂剛

(西安交通大學(xué),熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710049)

1 引 言

布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子處于不停頓、無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn).懸浮液中,布朗運(yùn)動(dòng)顆粒的動(dòng)態(tài)特性決定于顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及顆粒間的流體動(dòng)力學(xué)作用,其擴(kuò)散特性可由平移擴(kuò)散系數(shù)和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)描述.顆粒為規(guī)則球形時(shí),旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可忽略.

動(dòng)態(tài)光散射(dynamic light scattering,DLS)技術(shù),也稱光子相關(guān)光譜,是一種測量光強(qiáng)波動(dòng)特性隨時(shí)間變化的光學(xué)檢測技術(shù),可通過光強(qiáng)漲落特征分析得到懸浮液中布朗運(yùn)動(dòng)顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù),進(jìn)而得到顆粒的粒徑信息.DLS具有準(zhǔn)確、快速、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為微納米尺度顆粒粒徑測量中普遍采用的方法[1?6].DLS技術(shù)應(yīng)用于液體黏度測量大體始于20世紀(jì)80年代.1981年,Phiilles等[7]利用DLS首次測量了水-甘油混合物的黏度.之后,Saad等[8]以及Will和Leipertz[9?12]分別從顆粒適配性和散射光路設(shè)計(jì)等方面對該方法進(jìn)行了拓展研究.目前,DLS已實(shí)現(xiàn)對多種烴/醇類物質(zhì)黏度的測量,近幾年也逐漸應(yīng)用到了抗體蛋白、血清蛋白等大分子生物制劑的黏度測量中[13?15].相比于毛細(xì)管法和旋轉(zhuǎn)法等經(jīng)典黏度測量方法,DLS的優(yōu)勢在于非侵入式測量、樣品用量少、測量時(shí)間快、黏度測量范圍大.

然而,就已有的關(guān)于DLS測量粒徑的研究報(bào)道來看,目前該方法測量得到的均是顆粒的流體力學(xué)直徑,無法用來測量顆粒的真實(shí)粒徑[1?6,16,17].究其原因在于:DLS測量過程中,待測懸浮液內(nèi)的顆粒間必然存在相互作用,測量中得到的是顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù),無法得到單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù).這也使得DLS測量液體黏度時(shí)必須采用相對測量法以提高其測量精度.基于此,本文引入單參數(shù)模型,建立了低顆粒濃度下單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)與集體平移擴(kuò)散系數(shù)和顆粒濃度之間的線性關(guān)系,對DLS的測量原理進(jìn)行了改進(jìn).改進(jìn)后的測量原理可以通過回歸法得到理想稀薄懸浮液中單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù),進(jìn)而得到顆粒的真實(shí)粒徑.同時(shí),改進(jìn)后的測量原理也實(shí)現(xiàn)了液體黏度的絕對測量,有效地提高了測量精度并降低了實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度.

2 測量原理

2.1 現(xiàn)有測量原理概述及分析

動(dòng)態(tài)光散射法測量顆粒粒徑和液體黏度均來源于對懸浮液中球型顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)的測量.假設(shè)一單分散體系中分散著數(shù)密度為N的若干微小顆粒,顆粒的自由運(yùn)動(dòng)會(huì)使其在分散系內(nèi)的局部數(shù)密度發(fā)生變化,在局部數(shù)密度梯度的作用下,分散系內(nèi)顆粒發(fā)生自由擴(kuò)散.描述這一擴(kuò)散過程的方程為

式中D為顆粒的擴(kuò)散系數(shù).根據(jù)Einstein[18]擴(kuò)散理論,擴(kuò)散過程的驅(qū)動(dòng)力為滲透壓梯度,阻力為顆粒與流體分子間的摩擦力,故擴(kuò)散系數(shù)D可表示為

式中Π為滲透壓;b為顆粒的遷移率,用于衡量摩擦力的大小.當(dāng)忽略顆粒間相互作用時(shí),滲透壓可由范特霍夫方程表示[19]:

式中Π0為忽略顆粒間相互作用時(shí)的滲透壓,kB為玻爾茲曼常數(shù),T為熱力學(xué)溫度.若顆粒為標(biāo)準(zhǔn)球形,遷移率可采用Stokes表達(dá)形式:

式中b0為標(biāo)準(zhǔn)球形顆粒的遷移率,d0為球型顆粒的標(biāo)稱直徑,η為懸浮液液體組分的動(dòng)力黏度.綜合(2)—(4)式,可得Stokes-Einstein方程:

式中D0為單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù).由(5)式可見,通過平移擴(kuò)散系數(shù)D0可獲得顆粒粒徑與流體黏度信息,即在測量得到平移擴(kuò)散系數(shù)D0的前提下,當(dāng)已知分散系液體組分黏度時(shí),可計(jì)算得到分散系中顆粒的標(biāo)稱直徑d0;反之可以得到液體組分的黏度.這就是動(dòng)態(tài)光散射法測量顆粒粒徑或液體黏度的基本原理.

這里需要討論的是,方程(5)成立有兩個(gè)重要條件:一是顆粒為標(biāo)準(zhǔn)球形;二是懸浮液被無限稀釋,即流體中僅分散著一個(gè)顆粒.但實(shí)際測量中,流體中必然分布著一定濃度的顆粒,觀測的實(shí)際上是若干顆粒的整體布朗運(yùn)動(dòng)情況,即測量得到的是顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP.數(shù)據(jù)處理過程中,采用如下Stokes-Einstein關(guān)系式的表達(dá)形式作為測量方程[20]:

式中d為顆粒的流體力學(xué)直徑.顆粒的流體力學(xué)直徑與顆粒間相互作用力有關(guān).在理想稀薄懸浮液中,顆粒間沒有相互作用,顆粒的流體力學(xué)直徑d與顆粒的標(biāo)稱直徑相等,此時(shí)單個(gè)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)用D0描述;當(dāng)流體中分布著若干顆粒時(shí),由于顆粒間相互作用,顆粒的流體力學(xué)直徑d與顆粒的標(biāo)稱直徑相差較大,此時(shí)顆粒的整體布朗運(yùn)動(dòng)用DP描述[21].

實(shí)際測量過程中,由于無法制備單顆粒的懸浮液樣品,使得光散射法測量得到的均是顆粒的流體力學(xué)直徑,無法獲取顆粒的真實(shí)粒徑.就液體黏度測量而言,目前的動(dòng)態(tài)光散射黏度測量均采用相對測量的方法,即先在黏度已知的液體試劑中對顆粒的流體力學(xué)直徑進(jìn)行標(biāo)定并將其作為常數(shù)處理,之后將顆粒加入待測液體進(jìn)行黏度測量.這個(gè)過程中,忽略了顆粒的流體力學(xué)直徑隨試劑種類及其在試劑中的濃度變化而發(fā)生的變化,使得現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法存在著明顯的原理性缺陷,同時(shí)也會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來不可避免的測量偏差.

2.2 單參數(shù)模型

Finsy[21]在利用動(dòng)態(tài)光散射法研究顆粒間相互作用時(shí)發(fā)現(xiàn),懸浮液中顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP與單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)D0和顆粒濃度?間存在著一定的函數(shù)關(guān)系,并基于此建立了單參數(shù)模型(One-Parameter Models):

為獲取單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)D0,并由此準(zhǔn)確得到顆粒粒徑及流體黏度,本文將單參數(shù)模型引入動(dòng)態(tài)光散射測量方法中,具體推導(dǎo)如下.當(dāng)顆粒在待測試劑中的濃度達(dá)到一定程度時(shí),顆粒間相互作用可通過滲透壓Π和遷移率b表示為顆粒數(shù)密度的函數(shù):

式中B2為第二滲透維里系數(shù),λ為遷移率線性相關(guān)系數(shù),?為顆粒的水力學(xué)體積分?jǐn)?shù),與顆粒的數(shù)密度N存在以下關(guān)系:

式中v表示單個(gè)球形顆粒的體積.當(dāng)忽略顆粒間的相互作用力,且顆粒為標(biāo)準(zhǔn)球形時(shí),(8)和(9)式可分別簡化為如(3)和(4)式的形式.結(jié)合(8)—(10)式可見,滲透壓Π和遷移率b均可表示為關(guān)于顆粒的水力學(xué)體積分?jǐn)?shù)?的函數(shù),而?是關(guān)于顆粒數(shù)密度N的函數(shù).顆粒的數(shù)密度是指單位體積內(nèi)顆粒的數(shù)量,除以阿伏伽德羅常數(shù)NA即為顆粒的體積摩爾濃度m,即m=N/NA.

由此可見,?是與顆粒體積濃度φ線性相關(guān)的物理量,結(jié)合上文擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式(2),在恒溫、恒壓條件下對滲透壓Π關(guān)于N求導(dǎo),可得

將(9)和(11)式代入(2)式,可得

進(jìn)一步整理可得:

基于(13)式,本文對集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP與單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)D0和顆粒濃度φ的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.選取聚苯乙烯顆粒+水分散系和二氧化硅顆粒+乙醇分散系作為樣本分散系,在常壓、293.15 K下測量得到了不同顆粒濃度下,顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù),如圖1和圖2所示.發(fā)現(xiàn)在低顆粒濃度條件下,顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)與顆粒濃度成近似線性關(guān)系[2,20,22].因此,對(13)式進(jìn)行了簡化處理,忽略了其高階項(xiàng)o(φ),進(jìn)而得到了分散系中顆粒集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP與單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)D0和顆粒體積濃度φ的線性關(guān)系如下:

式中kD為關(guān)于集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP與顆粒的體積濃度φ的線性獨(dú)立系數(shù),反映了顆粒間的相互作用.當(dāng)φ趨于零時(shí),DP趨于D0,顆粒間的相互作用力為零,顆粒的流體力學(xué)直徑等于其標(biāo)稱直徑.λ為線性濃度系數(shù),B2為第二滲透維里系數(shù).

圖1 聚苯乙烯顆粒在水中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)Fig.1.DPof polystyrene particle in water.

圖2 二氧化硅顆粒在乙醇中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)Fig.2.DPof silica particle in alcohol.

聯(lián)合(5)式和(14)式,通過制備一系列濃度的顆粒+液體樣品的分散系,測得不同濃度下的該分散系中顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP,并將其與顆粒濃度數(shù)據(jù)通過(14)式進(jìn)行擬合,可得到單顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)D0,進(jìn)而直接利用(5)式所示的Stokes-Einstein方程直接獲取懸浮液中的顆粒粒徑或液體樣品黏度信息.

3 測量技術(shù)及實(shí)驗(yàn)裝置

3.1 測量技術(shù)

微小顆粒分散在流體中,顆粒會(huì)受到周圍流體分子的連續(xù)撞擊而做無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng),當(dāng)有一束激光透射流體時(shí),分散在流體中的微小顆粒會(huì)引發(fā)散射現(xiàn)象.由于微小顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性,在某一散射角θ處觀測到的散射光光強(qiáng)I(t)隨時(shí)間漲落,其時(shí)間自相關(guān)函數(shù)G(τ)可表示為

圖3 散射光自相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線Fig.3.Typical photon correlation function.

式中A為相關(guān)函數(shù)的基線;B為比例系數(shù).τRt為衰減時(shí)間常數(shù),與表征顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP有如下關(guān)系:

式中q為散射矢量的模,n為樣品折射率,λ0為光在真空中的波長,θ為散射角.

3.2 測量裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示,本文選用的激光器為單縱模固體激光器(波長532 nm,功率300 mW),激光通過偏振分光棱鏡產(chǎn)生穩(wěn)定的豎直偏振光,之后依次通過可調(diào)衰減片衰減、透鏡匯聚后射入散射池,激發(fā)待測流體產(chǎn)生散射現(xiàn)象.根據(jù)Jaeger等[2]在研究動(dòng)態(tài)光散射測粒徑時(shí),對散射角范圍60?—120?的選取建議,本文測量時(shí)選取的散射角度為90?.散射光依次經(jīng)過兩個(gè)孔徑1 mm、相距3.25 m的光闌組成的相干光路(孔徑比為0.46),確保較大的信噪比[23].散射光由光子計(jì)數(shù)器接收并轉(zhuǎn)化為幅值一定的數(shù)字脈沖晶體管-晶體管邏輯(TTL)信號,最后由數(shù)字相關(guān)器對該信號進(jìn)行采集與自相關(guān)運(yùn)算處理.本文選用的數(shù)字相關(guān)器的最快采樣時(shí)間為25 ns,最大物理通道為522兩個(gè).實(shí)驗(yàn)本體選用(10×10×40)mm的四通石英比色皿.溫度測量采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器,LabVIEW程序進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集.

圖4 動(dòng)態(tài)光散射法光電系統(tǒng)Fig.4.Sketch of dynamic light scattering system.

4 測量結(jié)果與討論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

利用上述動(dòng)態(tài)光散射法實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)對改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行了驗(yàn)證.選取的樣品包括:聚苯乙烯球型顆粒和二氧化硅球型顆粒,其特征參數(shù)列于表1;液體樣品包括去離子水和乙醇,其中水為ACS級,乙醇為GR級.分別制備了顆粒濃度為0.01%—0.09%范圍內(nèi)(濃度梯度為0.01%)的聚苯乙烯顆粒+水分散系和二氧化硅顆粒+乙醇分散系.在293.15 K、常壓條件下對上述兩種分散系在各個(gè)體積濃度下的集體平移擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行多次獨(dú)立測量,取其平均值作為測量結(jié)果,如表2和表3所列.

表1 樣品顆粒參數(shù)Table 1.Parameters of probe particle.

表2 293.15 K,聚苯乙烯顆粒在水中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)值?Table 2.DPof polystyrene particle in water at T=293.15 K.

表3 293.15 K,二氧化硅顆粒在乙醇中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)值?Table 3.DPof silica particle in alcohol at T=293.15 K.

聚苯乙烯顆粒在水中和二氧化硅顆粒在乙醇中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP隨顆粒體積濃度的變化如圖1和圖2所示.采用(14)式所示關(guān)系,利用最小二乘法進(jìn)行線性擬合,得到聚苯乙烯顆粒在水中的單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)D0=2.127× 10?12m2·s、二氧化硅顆粒在乙醇中的單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)D0=1.825 × 10?12m2·s.

利用上述單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)分別得到實(shí)驗(yàn)中聚苯乙烯顆粒和二氧化硅顆粒粒徑值.粒徑計(jì)算過程中,水和乙醇黏度值由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所發(fā)布的流體熱物理性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(NIST Standard Reference Database 23 REFPROP 9.1)計(jì)算得到[24].293.15 K,常壓下,水和乙醇黏度值分別為1.0016 mPa·s,1.1959 mPa·s,計(jì)算得到標(biāo)稱直徑均為200 nm的聚苯乙烯和二氧化硅顆粒的粒徑,分別為201.56 nm和196.72 nm,顆粒粒徑測量結(jié)果與樣品提供商提供的標(biāo)稱直徑的偏差分別為0.78%和1.64%.圖5和圖6給出了聚苯乙烯顆粒和二氧化硅顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)的掃描圖像,測得的結(jié)果與掃描結(jié)果基本一致.

圖5 聚苯乙烯顆粒SEM電鏡掃描結(jié)果Fig.5.SEM result of polystyrene particle.

圖6 二氧化硅顆粒SEM電鏡掃描結(jié)果Fig.6.SEM result of silica particle.

在獲得單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)D0后,可直接用(5)式作為光散射黏度測量的工作方程.將上述兩個(gè)分散系的單顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)D0和顆粒的標(biāo)稱直徑代入(5)式,計(jì)算得到常壓、293.15 K下水和乙醇的黏度實(shí)驗(yàn)值分別為1.009 mPa·s和1.177 mPa·s.表4列出了近年來不同學(xué)者利用各種方法獲取的常壓、293.15 K下水和乙醇的黏度實(shí)驗(yàn)值;與本文水和乙醇的黏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比情況見表5.從表5中可以看出,常壓、293.15 K下,水的測量值與文獻(xiàn)值間的相對偏差絕對平均值為0.63%,其中與國際水蒸氣性質(zhì)協(xié)會(huì)(IAPWS)的推薦值1.002 mPa·s比較[25],相對偏差為0.70%;乙醇的測量值與文獻(xiàn)值間的相對偏差絕對平均值為0.40%.

表4 水和乙醇在常壓、293.15 K下的黏度值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4.Viscosity data of water and alcohol at T=293.15 K and p=0.1 MPa.

表5 水和乙醇在常壓、293.15 K下黏度值與文獻(xiàn)值對比?Table 5.Experimental viscosity and literature data at T=293.15 K and p=0.1 MPa.

由上述測量結(jié)果對比可見,本文測量結(jié)果與文獻(xiàn)值之間存在一定的偏差.分析造成偏差的主要原因如下:1)顆粒團(tuán)聚,本文實(shí)驗(yàn)前均將分散系置于超聲波振蕩儀中振蕩一定時(shí)間(通常大于30 min),但即便如此,也無法保證顆粒在分散系中不會(huì)出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象,如圖7所示;嚴(yán)重的顆粒團(tuán)聚會(huì)使測得的DP急劇減小;2)流體分子滲入探測顆粒帶來的顆粒溶脹效應(yīng);3)顆粒在液體樣品中可能存在分布不均勻情況,局部濃度過高會(huì)導(dǎo)致多重散射的現(xiàn)象.

圖7 顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象Fig.7.Agglomeration of particles.

4.2 懸浮液中顆粒間的相互作用

懸浮液中的顆粒受到三種力的作用[20].第一種稱為布朗力,描述液體分子對顆粒碰撞的布朗力的典型漲落時(shí)間(characteristic fluctuation time)為

式中M為顆粒的質(zhì)量,ζ0理想稀薄懸浮液中顆粒的摩擦系數(shù),

式中η為液體黏度,a為顆粒半徑.

第二種力源于顆粒間的直接相互作用,可用漲落時(shí)間τI描述.對帶電顆粒而言,是指顆粒間的庫侖力,對不帶電顆粒而言,當(dāng)顆粒不帶電時(shí),這部分力非常小,可以忽略.

第三種力與水力學(xué)相互作用有關(guān),用來描述流體中的顆粒在運(yùn)動(dòng)時(shí)顆粒間的相互作用,漲落時(shí)間可近似表示為

式中ρ為液體密度,L為顆粒間距離.

因此最后探測得到的衰減時(shí)間常數(shù)τ主要是τB,τH綜合影響的結(jié)果,與顆粒擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系如(17)式所示.從上述三式可以看出,布朗力的大小與顆粒質(zhì)量以及顆粒與流體間的摩擦有關(guān),水力學(xué)相互作用力的大小與顆粒間距離和液體的密度有關(guān).三種力的綜合作用使顆粒在液體中的粒徑特征與其真實(shí)粒徑存在差異,但其共同作用可定性地描述為吸引或排斥.本文在對動(dòng)態(tài)光散射法顆粒粒徑和液體黏度測量改進(jìn)的過程中,測得顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)隨顆粒濃度變化可以初步反映出顆粒間主要的相互作用情況.

圖8 不同溫度下聚苯乙烯顆粒在水中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)Fig.8.DPof polystyrene particle in water at difference temperatures.

由圖1和圖2可見,對聚苯乙烯顆粒+水分散系,顆粒濃度越大,集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP越小,表明在該分散系中顆粒間的作用力體現(xiàn)為吸引力;對二氧化硅顆粒+乙醇分散系,顆粒濃度越大,集體平移擴(kuò)散系數(shù)DP越大,表明該分散系中顆粒間的作用力體現(xiàn)為排斥力.此外,本文對不同溫度下上述兩個(gè)分散系的集體平移擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了測量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8和圖9所示.不同溫度下,顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)隨顆粒濃度的線性關(guān)系依然存在;隨著溫度升高,顆粒的集體平移擴(kuò)散系數(shù)顯著增大,且顆粒在理想稀薄懸浮液中的平移擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)增大趨勢.通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在理想稀薄懸浮液情況下,隨著溫度的升高,液體分子對做布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒摩擦阻力降低,顆粒布朗運(yùn)動(dòng)加劇.

圖9 不同溫度下二氧化硅顆粒在乙醇中的集體平移擴(kuò)散系數(shù)Fig.9.DPof silica particle in alcohol at difference temperatures.

由(14)式推導(dǎo)過程可見,線性獨(dú)立系數(shù)kD與體系第二滲透維里系數(shù)B2有關(guān).由圖1,圖2,圖8,圖9可見,實(shí)驗(yàn)圖像中kD的值決定圖像的斜率.因此本文測量擬合得到的kD是一個(gè)與第二滲透維里系數(shù)有關(guān)的量.

5 結(jié) 論

本文對現(xiàn)有的光散射探測懸浮液顆粒運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行了推導(dǎo),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法無法實(shí)現(xiàn)顆粒標(biāo)稱直徑的測量和液體黏度的絕對法測量.因此,本文基于單參數(shù)模型,建立了顆粒平移擴(kuò)散系數(shù)與濃度的線性數(shù)學(xué)關(guān)系,改進(jìn)了現(xiàn)有的光散射法測量原理.實(shí)驗(yàn)研究了聚苯乙烯顆粒+水懸浮液和二氧化硅顆粒+乙醇懸浮液兩個(gè)分散系,得到了聚苯乙烯顆粒和二氧化硅顆粒的真實(shí)粒徑值,二者與樣品提供商的標(biāo)稱直徑的偏差分別為0.78%和1.64%.同時(shí),得到了常壓、293.15 K下水和乙醇的黏度值,與文獻(xiàn)值比較,偏差均小于1%.進(jìn)而驗(yàn)證了改進(jìn)后的測量原理的正確性.為進(jìn)一步研究懸浮液顆粒的運(yùn)動(dòng)特性,本文還測量了聚苯乙烯顆粒+水懸浮液和二氧化硅顆粒+乙醇懸浮液在常壓、303.15—333.15 K溫度范圍內(nèi),不同顆粒體積濃度下的顆粒平移擴(kuò)散系數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映了聚苯乙烯顆粒+水分散系中顆粒間相互作用表現(xiàn)為引力;二氧化硅顆粒+乙醇分散系中,顆粒間相互作用表現(xiàn)為斥力;實(shí)驗(yàn)圖像中的斜率與第二滲透維里系數(shù)有關(guān).