流变仪是一款在科研和工业领域极为重要的材料表征工具。
一、 流变仪主要测什么？
简单来说，流变仪测量的是材料的流动和变形行为，即“流变性”。它回答的核心问题是：当材料受到外力时，它会如何响应？
它测量的不是单一参数，而是一系列揭示材料内在特性的物理量：
粘度： 衡量材料抵抗流动的能力。例如，蜂蜜的粘度高，水的粘度低。
模量： 衡量材料抵抗变形的能力（弹性）。例如，橡胶的模量高（不易拉长），面团的模量低（易变形）。
屈服应力： 使材料开始流动所需的最小应力。比如，番茄酱需要你先用力摇晃（超过屈服应力）它才会流出。
触变性： 材料粘度随剪切时间和剪切速率变化的性质。油漆是典型触变性材料：刷涂时（高剪切）变稀，静止后（低剪切）变稠。
总而言之，流变仪用于量化材料的力学性能，判断它是更像液体、更像固体，还是二者兼有之（粘弹性）。
二、 原理与使用
流变仪的测量原理基于一个核心概念：对样品施加一个可控的应力或应变，并精确测量其产生的响应。
1. 核心原理
基本模型：
胡克弹性固体： 应力与应变成正比（像弹簧）。变形可恢复。
牛顿粘性流体： 应力与应变速率成正比（像阻尼器）。变形不可恢复。
实际材料： 大多数材料（如聚合物、食品、化妆品）同时具有弹性和粘性，称为粘弹性材料。
测量几何系统： 样品被加载在两个部件之间，通过控制其中一个部件的运动来施加应力/应变。常见的有：
平行板： 适合中低粘度流体、软固体。
锥板： 能提供均匀的剪切速率，适合绝对粘度测量。
同轴圆筒： 适合低粘度液体、悬浮液。
2. 主要测量模式（操作方式）
流变仪通过执行不同的“测试模式”来获取材料的各种性能参数，这构成了其主要的使用方法。
测量模式施加条件测量响应主要获得参数通俗比喻
旋转/稳态剪切施加一个恒定的剪切速率材料产生的剪切应力粘度用不同的速度搅拌酱料，感受阻力大小
振荡/动态剪切施加一个正弦波形式的微小应变材料产生的应力及其相位差粘弹性模量（G', G''）轻轻晃动果冻，观察它如何弹回和流动
蠕变测试施加一个恒定的应力材料随时间的应变变化柔量、屈服应力在牙膏上放一枚硬币，看它多久会塌陷
应力松弛测试施加一个瞬时的应变并保持材料内部的应力随时间衰减的过程松弛模量拉伸一根橡皮筋后固定长度，感受拉力的逐渐减小
3. 典型使用流程
样品准备与加载： 根据样品性状（液体、膏体、固体）选择合适的测量夹具（如平行板）。将样品精确加载到夹具上，注意避免引入气泡。
温度控制： 设定并等待测试温度稳定。温度对流变性能影响极大，因此温控系统至关重要。
选择测试模式与方法编辑： 在电脑软件上选择上述的一种或多种测试模式，并设置参数（如剪切速率范围、振荡频率、应力大小等）。
执行测试： 启动测试，仪器自动运行并收集数据。
数据分析： 使用软件对获得的曲线（如流动曲线、粘度曲线、模量曲线）进行分析，解读材料的流变特性。
三、 基本应用
流变仪的应用极其广泛，几乎覆盖所有涉及材料研发和生产的领域。
行业/领域应用举例具体测量目的
高分子材料/塑料聚合物熔体、塑料、橡胶优化加工条件（注塑、挤出），评估分子量和分布，研究固化过程。
食品工业巧克力、酱料、酸奶、面团控制口感、稳定性、涂抹性，研究淀粉糊化、蛋白凝胶化过程。
化妆品/个人护理乳液、膏霜、洗发水、牙膏设计理想的肤感（易涂抹、不滴落），评估悬浮稳定性，确定泵出性能。
涂料/油墨油漆、油墨、粘合剂确保良好的流平性、抗沉降性，并具有合适的刷涂或印刷粘度。
制药药膏、凝胶、混悬剂保证药物质地均匀、易于涂抹或注射，控制活性成分的释放。
水泥/建材水泥浆、陶瓷浆料预测浇注和成型性能，防止离析，优化添加剂配方。
生物材料细胞支架、水凝胶模拟体内力学环境，研究材料与细胞的相互作用。
能源/电子电池浆料、导电银胶优化涂布工艺，确保成分均匀分布，防止沉降。
流变仪超越了简单的“粘度计”，它能全面揭示材料在不同条件（应力、应变、时间、温度）下的复杂力学行为。通过将宏观的力学响应与材料的微观结构（如分子链缠结、颗粒相互作用）联系起来，流变学测量成为产品设计、工艺优化和质量控制的强大工具。
