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子在川上曰：“逝者如斯夫，不舍昼夜”。

这句话，就囊括了朴素的流变学理念。

流变应当是一个充满趣味，与我们的生产生活息息相关的科学，但同时又枯燥深涩：满纸的公式、方程会让人望而却步。我们今天聊的，试图用一种通俗易懂的语言方式，让流变的知识变得触手可及，直至成为一种常识，最终内化为发现问题，分析问题和解决问题的方法。条条大道通罗马，而流变，只不过是通向罗马的路径之一。

一、有趣的流变现象

读书是一个由厚到薄，再从薄到厚的过程。对流变的学习和理解，也概莫能外。在科学发展进化的历史长河中，人类认识世界和改造世界的能力，总是伴随着对各种自然现象的本质化解读、解释。所谓透过现象看本质，对本质的孜孜追求，就成为了科学。

与流变相关的例子在生活中比比皆是，只不过我们没有从流变的思维去探讨过。例如：

孩提时代，在湖面上用轻薄的石头打水漂，看谁的石头打得远；

无论是人还是动物，一旦陷入沼泽地，越挣扎，就会陷落得越快；

法国沙塔尔大教堂的玻璃，1200年到现在，发现上面变薄了，下面变厚了；

再比如，喷鼻子的药物，说明书或者外包装上总是清晰的告之：用前摇一摇。这又是为什么？

和面机和面的时候，为什么搅拌轴上总是爬满了面团？

在用吸管吃盒装酸奶的时候，吃完后揭开封膜，发现封膜和杯子的内壁上总是残留部分酸奶。有想过为什么吗？这点浪费有更好的办法可以解决吗？

在泡茶的时候，总是在茶水的表面，会形成一层茶膜。有想过为什么吗？

天天刷牙。牙膏为什么挤了才会出来，不挤不会出来。这又是为什么呢？

透明胶带放置的久了，再用发现不粘了。

厨师在做汤的时候，为了不让其他的原料沉淀和分层，往往会加入淀粉勾芡。这又是为什么？

例子很多，不胜枚举。归根结底，这些现象都与流变息息相关。科学家们不断地问着为什么，持续探究问题背后的答案，不断解决社会进步过程中的一个又一个疑难问题，最终形成了科学理论，称之为流变学。

二、流变学概述

2.1 流变学定义

“流变学”的英语名称是“rheology”，这一术语是美国Bingham提出的。流变学是研究物质变形和流动的科学，它的研究对象主要是非牛顿流体，高分子流体（包括溶液和熔体）等。

在这里，我更倾向于用“软物质”这个词来定义和指代所有的流变学研究的对象。软物质（softmatter）是指处于固体和理想流体之间的物质。又称软凝聚态物质。包括各类非牛顿流体，高分子聚合物，地质熔岩，矿渣泥石流，地壳运动等各类物质或者材料。一般由大分子或基团组成，包括液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质（如DNA、细胞、体液、蛋白质）等。可以是固－液混合物、液－液混合物、气－液混合物等。在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。随处可见的橡胶、胶水、墨汁、洗涤剂、涂料、化妆品、食品等都属于软物质。

软物质这一概念很好的表达了流变学的本质，万物皆流，哪怕高山。与流变相关的特征，粘弹性，时间尺度，宏观与微观等，软物质这个词汇相对准确且完整的表述了流变学所要研究的物质对象。

一句话，流变是研究软物质流动和形变的学科。

2.2 流变学简史

流变学很年轻，从成为独立学科到现在，短短百年。在流变学的发展历程上，有三个伟大的科学家值得铭记。

1687年， I.牛顿首先做了简单的剪切流动实验。实验指出，两板之间的速度分布u(y)服从线性规律。作用在上板的力同板的面积、板的运动速度成正比，同间距d成反比。

1678年，英国人胡克的弹性定律指出：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力和弹簧的伸长量（或压缩量）成正比。弹性系数只由材料的性质所决定，与其他因素无关。可以理解为固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位变形量）之间成线性关系。

1928年，美国物理化学家Bingham提出了流变学的概念，次年成立了流变学会，创办流变学报。这标志着流变学的诞生。

牛顿和胡克奠定了最基本的流变学理论基础，宾汉姆继承了前人的成果且实现了新的突破，把流变学推向了一个崭新的、快速发展的轨道。

2.3 流变学功用

一门学科，总是理论和应用交织在一起，互为支撑，不断推动人类走向新的文明。在实际的工业应用中，流变学家不断发展新的理论，呈现出百家争鸣的局面。我在这里仅限于讨论实用流变测量学的功用，那些复杂的本构方程，偏微分数据处理，眼花缭乱的傅里叶变换，留给从事理论研究的流变学家们去表达陈述，我更多的思考聚焦在如何利用流变学的基本理论，公式模型，解决实际工程问题。比如研发配方的改进剖析，工艺过程管道的优化，质量控制的一致性评价等。一言蔽之，解决流变测量的问题。

（A）从流变学的思路，试图用软物质的概念来囊括液体、固体、半固体，甚至气体等物质。软物质是一个富有想象力的词汇，为流变学测试和增进理解搭建了一条坚实的桥梁。

（B）如何从流动和形变、流动或形变的多维度测试和数据分析，去映射工业应用领域遇到的实际困境。不同的行业，都有不同的倾向和侧重。尽可能全面、完整的实现流变测量与工业应用之间信息整合，试图跨越这个信息、知识鸿沟，让更多的业者尝试用流变的思维解决问题。

（C）单纯从术的角度，与大家一起剖析如何选择适合于自己的需求的旋转流变仪。做石油化工和做胶黏剂的，高校做科研的和企业做质量的，在选择流变仪的考量上肯定有很大的差别。

三、关于流变学的工具书

3.1 《实用流变测量学（修订版）》，石油工业出版社，2009年3月

没有复杂桀骜的公式，推荐这本书。这本书从流变学的基本概念入手，深入浅出，重点阐述了旋转流变仪和转矩流变仪等先进的仪器和测试方法，结合很多实际应用，给出了如何进行流变学测量的正确建议，为科研工作者和流变学入门者为进入流变学圣殿架起了一座桥梁。

3.2 《聚合物实验流变与应用》，上海交通大学出版社，2003年

这本书对于流变学的理论，概念，公式做了大量的严谨的，科学的阐述，结合流变仪在各个行业的应用案例，把复杂的流变学变得通俗易懂，且充满趣味。书中翔实的介绍了各种与流变学相关的测试仪器和测试方法，实用性很强。

如果有耐心看完这两本书，对于流变仪的了解和理解，基本上是入门了。接下来可以利用仪器设备进行一些开创性的研究了。

类器官（Organoids）是利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，结合高超的成像技术，彻底改变了人们对培养皿中生命活动的理解方式，在人类发展和疾病机制方面为研究人员提供更多见解。

第 一行：类器官细胞核信号三维渲染效果，通过赋予伪彩区分不同芽结构

第二行：统计图表中通过伪彩标记不同芽结构（左一）；通过伪彩标记细胞核密度（右一）

伯桢生物携手复旦大学博士和徕卡客户成功管理专家与各位学者共续「类器官成像那些事儿（番外篇）」。如果您错过了这次直播或希望回顾其中的内容，可访问我们的Aivia 话题集合页，选择感兴趣的内容浏览。

类器官（Organoids）是利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，结合高超的成像技术，彻底改变了人们对培养皿中生命活动的理解方式，在人类发展和疾病机制方面为研究人员提供更多见解。

1个月前，伯桢生物携手复旦大学博士、徕卡显微镜工程师联合直播 ——「类器官成像那些事儿（上、下）」，深度解析类器官明场下拍摄技巧，类器官免疫组化免疫荧光拍摄技巧，和类器官高分辨率成像，不同组织来源类器官包埋注意事项等，收获热烈反响。

12月8日，本周四19:00，伯桢生物将再次与我们合作，携手复旦大学博士和徕卡客户成功管理专家与各位学者共续「类器官成像那些事儿（番外篇）」。

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畅聊类器官数据分析

模块一

如何实现类器官图像3D拍摄后处理

模块二

解析类器官成像及荧光信号定量分析

模块三

基因类器官拍摄后核分析及细胞空间分布解析

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如何在文章中展现一张科学，精 准，惊艳的图片。

目前，活动进入到专家评审阶段，尽情期待！

评委组专家简介

曾艺

中国科学院

分子细胞科学卓 越创新中心

（生物化学与细胞生物学研究所）

研究员

曾艺，研究员，博士生导师，中科院上海生科院生化与细胞所研究员。获国家“杰出青年基金”、上海市“优秀学科带头人”、谈家桢“生命科学创新奖”、腾讯“科学探索奖” 。长期研究成体干细胞命运决定的调控机制，在发现新的成体干细胞的身份、建立成体干细胞的体外扩增体系、发现干细胞微环境因子方面取得一系列国际领先的研究成果。担任 eLife 期刊编辑及Development、JBC 编委, 中国干细胞生物学会委员。

章永春

上海交通大学  长聘教轨副教授

章永春，上海交通大学生命科学技术学院，长聘教轨副教授副教授，博士生导师，独立课题组组长，2020年入选上海市海外高层次人才引进计划项目。目前主持国家和上海市自然科学基金面上项目。先后于南开大学获得学士学位，美国罗切斯特大学获得博士学位，哥伦比亚大学从事博士后研究。目前课题组主要聚焦利用3D类器官、干细胞、转基因小鼠及多种分子生化手段研究消化道器官再生与癌症形成机理，探索开发肿瘤新型治 疗方案。课题组已在Nature、Cell Stem Cell等知名学术期刊发表多篇论文。

熊春阳

北京大学   教授

熊春阳，北京大学工学院力学与工程科学系教授、博士生导师。1995年于北京大学力学系获得学士学位，2000年于北京大学力学系固体力学专业获得博士学位；2000-2002年在北大电子学系进行博士后研究，2002年留校工作至今。现为北京大学工学院力学与工程科学系教授、博士生导师，北京大学前沿交叉学科研究院兼职研究员，中国力学学会/生物医学工程学会生物力学专委会委员，中国生物医学工程学会类器官与器官芯片分会委员，中国力学学会流体力学专委会微纳尺度流动专业组委员。目前主要从事力学-材料-微纳米技术-生物医学的交叉研究，包括力生物学、力材料学、类器官工程、器官芯片等。已主持国家自然科学基金项目7项，纳米973项目子课题负责人1项，主持或参加其他国家或地方课题20余项。已发表SCI论文80余篇，申请国家发明专 利20余项。

Emmanuel Enoch K. Dzakah (Ph.D.)

伯桢生物技术总监，加纳University of Cape Coast研究生导师，中国博士后国际引进人才，中国博士后特别资助（站前）获得者，南方医科大学皮肤病医院博士后，中国科学技术大学博士，细胞与免疫学家，传染病学专家， 多年国际生物医药产业经验。研究成果包括成功制备以及生产疟疾， HIV等传染病的检测单抗与快速诊断试剂，衣原体与HIV-1共感染的机制研究，RNA 如何调控秀丽线虫的发育与寿命以及利用肿瘤类器官模型研究癌细胞起源与高频突变基因致癌效能，以第 一/通讯作者身份于国际权威期刊Genome Biology, J. Investigative Dermatology, J. Genetics and Genomics, Malaria Journal, BMC Microbiology 等发表系列研究论文。

那洁

清华大学   副教授

那洁，清华大学医学院教授， 本科毕业于北京大学医学部获医学学士学位，于美国佛吉尼亚大学获细胞生物学博士，2002前往英国剑桥大学进行博士后研究，2005年获得英国医学研究学会干细胞事业发展研究员基金。2010年回国在清华大学医学院任教。主要研究方向为干细胞与再生医学，人类多能干细胞向心血管细胞、造血干祖细胞和免疫细胞分化的调控机制，应用这些细胞制作类器官模型, 研究人类器官发育和疾病机理，促进细胞治 疗等临床转化应用。获得科技部重大科学研究计划、国家自然科学基金等的资助。在Nature、Science等国际权威刊物发表干细胞、胚胎发育、类器官方面论文70篇，他引3000余次。曾获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)一等奖。获得若干项国家专 利。为多个国际学术刊物的审稿人，国际干细胞研究学会会员，中国动物学会生殖生物学分会委员，中国细胞生物学学会，生理学会会员。

蒋明

浙江大学   研究员

浙江大学医学院研究员，博士生导师。毕业于复旦大学生命科学学院，获得生物物理学博士学位。先后在美国罗切斯特大学、哥伦比亚大学进行研究工作。长期从事前肠起源的器官包括食管、胃和肺的干细胞在器官损伤再生及在肿瘤中的功能研究。以类器官结合动物模型，鉴定不同类型和起源的干细胞在参与损伤后再生以及在肿瘤形成过程中的作用，已发表一系列高水平SCI研究论文，包括Nature，Journal of Clinical Investigation、Developmental Cell和PNAS等多篇领域内顶 级期刊。承担科技部重 点专项和国家自然科学基金等研究课题。获得国家发明专 利1项。

黄卫人

深圳大学第 一附属医院   研究员

黄卫人，二级教授，深圳大学第 一附属医院（深圳市第二人民医院）泌尿外科，国家重 点研发计划项目首席科学家。国家地方联合肿瘤基因组临床应用关键技术工程实验室执行主任，广东省泌尿生殖肿瘤系统与合成生物学重 点实验室副主任，深圳市医学基因重编程技术重 点实验室主任。

主要从事泌尿系统肿瘤精 准医学及合成生物学应用基础研究，在包括Nature Methods、Nature Communications、Advance Science、Genome Biology、 ACS Synthetic Biology等杂志以通讯作者或者第 一作者发表SCI论文60余篇，相关成果获得深圳市自然科学奖二等奖1项，中华医学科技奖1项，获得发明专 利授权11项。

高天龙

徕卡生命科学部高级应用专员

2007年毕业于中科院生化细胞所，后从事癌症相关的细胞免疫治 疗行业多年。

2013年加入徕卡显微系统，负责生命科学领域的共聚焦、活细胞工作站、激光显微切割系统等高端显微成像系统的技术支持。

【引子】

流动的测量主要靠黏度来表征，以及在此基础之上的各种定义，各种概念。这与产品的质量控制，研发和工程工艺密切相关。

上海疫情封控期间，我团了一箱安慕希的常温酸奶。本来我对于常温酸奶就不感兴趣，其中原因，纯粹个人偏好。产品是利乐包的，食用的时候需要借助吸管。此时，我发现了一个蛮严重的现象：那就是不管是大人食用后，还是孩子食用后，剪开包装，发现在包装的四壁或者底部都有大量的酸奶残留，预估占到总体积的20%左右。疫情期间，物资紧张，为了解决粮食，我都剪开了，用勺子刮干净。

关于这个问题，我与一个从事流变学研究的好朋友做了请教和讨论。结果是，这的确是一个复杂的流变学问题。在这里，我尝试用我有限的流变学知识，从流变的角度，做个初步的分析。

1、吸管食用的时候，期望酸奶在吸力的作用下，黏度可以显著下降，方便吸食。遗憾的是，常温的安慕希酸奶并没有这个特性，或者特点不显著。这其实是一个简单的剪切变稀的问题。这明显与该产品的配方或者发酵工艺密切相关。

2、即使吸食的时候黏度变稀不明显，如果可以形成连续稳定的流动，只要你用力吸食，也可以确保酸奶尽可能多的被吸入嘴巴里。很遗憾，这个酸奶没有形成连续稳定的流动。换言之，这个酸奶的物性结构不足以支撑这个连续流动的形成。涉及到两个问题，一个是屈服应力，一个是结构内聚力。显然，安慕希酸奶的屈服应力过大，不利于吸食。另外一个原因，结构松散，形不成内聚力，所以无法连续流动。这其实是线性黏弹性，模量的表征。这里就涉及到了形变、或者应变的测量。

当然，zui简单粗暴有效的方式就是：别用利乐钻石包了，改为杯装，食用的时候改为小勺子就可以了。不知道大家有没有发现，安慕希的常温酸奶有瓶装的，在食用的时候残留的问题就不明显。当然，这又是另外一个有趣的流变学问题了。

胡乱哔哔一顿，不一定科学合理。安慕希看到了，也不会找我买流变仪。真正的流变学家看到，别扔砖头。下面言归正传。

一、为什么要测试形变-黏弹性？

习惯了使用黏度计的客户，总是说，我们一个粘度计就够了，完成流动的测试，至少在解决质量控制和工程工艺已经绰绰有余了。的确如此，如果你面对的是简单流体，不涉及复杂的温度变化，不涉及相变转变等等，或者高固形物含量的浆料，水泥砂浆，金属粉末等，比如稀的只有5mpa.s的油墨，你来测试粘弹性就是脱裤子fang屁了。粘弹性测试肯定面对的是复杂流体，比如药物凝胶，涂抹制剂，压敏胶，环氧树脂，聚合物熔体，化妆品，食品增稠剂等。就是测量的前提是，这个物质必须是一个具有粘弹性特征的软物质。你不能拿着gao端的流变仪，经常来测水的粘弹性，就是这个道理。总结一下吧，为什么要测试黏弹性？

1.1 黏弹性测试可以获取物质的最本质的物性信息。

在这里，不讨论LAOS大形变，只讨论SAOS小形变。

为什么说本质的信息，是因为所有的测试都是在物质的线性黏弹区内测试。所以，样品是在近乎一个相对静止状态条件下进行的测试，结构上的差异很容易被仪器记录，可以明显区分物质的差异，而且重复性，稳定性高。

另外一个原因，流变是一个依赖于时间尺度的测量结果。如果你需要模拟一个长时间的测量，就需要借助震荡模式。一座大桥建好了，他的寿命是100年还是200年？需要参照一个应力积累-蠕变的参量。比如，地壳的运动，或者泥石流的爆发，需要模拟长时间的应力-应变积累。比如，时温等效的转换，等等，都离不开粘弹性的测试。

1.2 物料本身的特性决定的。

一个果冻，常温下，测黏度和流动，肯定不现实。所以，需要测试粘弹性。归纳如下：

物料有很强的粘弹性性质，面团，凝胶等；

物料涉及到化学变化或者相变，比如环氧树脂固化，紫外涂料固化等；

旋转模式下，样品容易打滑；

1.3 测试目的决定的

需要表征粘弹性响应做频率扫描的；

需要借助流变仪表征Tg玻璃化转变温度的，软化点，融化点的；比如下图，塑料的相态研究。

需要做相变转换的；需要测试蠕变的。

热熔性材料的温度扫描

二、粘弹性测试如何做？

在流变仪主机的测试能力定型的前提之下，确认好温度，测量夹具等因素，可以准备开始逻辑清晰的粘弹性测试。

2.1 线性黏弹区

这也就通常所说的振幅扫描，可以初步获取物质的基本黏弹性信息。固定温度，频率等参数，做一个形变或者应力的扫描测试，获取线性黏弹区。这是做震荡测试的第一步，获取线性区间的边界，或者小振幅形变的边界。这一步得到的形变或者应力值至关重要，接下来的测试都要依赖于这个数值。

比如该图，获得的最大形变量是0.69%，此时的应力值为198.4PA。该图的数据是在240C的条件下，测试的一个塑料粒子。这个图除了线性年弹性区间，还可以得到如下的信息。

（1）储存模量和损耗模量差值很小，没有跨越数量级，是一个弱结构的物质，容易流动，所以形变量最大值为0.69%；

（2）屈服应力的测试方法有多种，测试线性区间对应的最大应力值198.4Pa,可以定义为该物质在这个条件下的屈服应力。这一表征方法具有良好的稳定性。

（3）测试的一个小技巧。对于弱结构的材料，由于市场上大多数流变仪都是应力控制型流变仪，所以在利用这个线性区间的形变量作为参考进行其他的震荡测试的时候，建议选择应力控制模式。如果物质偏软，偏稀，应力值可以选择接近最大应力值的70%；如果物质粘度偏大，弹性较强，可以选择最大应力值的30%。以上，仅仅是经验之谈，对于测试数据的稳定性有一定的帮助。

（4）内聚强度。如果测试得到的线性范围很宽，比如100%，甚至200%，可以直观理解为这个物质具有很强的内聚强度，就是任凭外在如何剪切或者搅拌，始终保持一个强大的内聚弹性体而不会流动。也就是，这个物质需要更多的功或者能量，才可以被破坏，产生流动。

2.2 频率扫描-粘弹性响应

这是一个非常常见的，也是非常重要的黏弹性测试手段，从高频到低频做个扫描测试。这个测试可以获取很丰富的物性信息。由于测试是在相对静止的条件下进行的动态测试，所以测试的结果具有很强的灵敏度，可以容易的找到样品间的差异。

（1）一致性评价的依据

在涂抹类外用制剂的一致性评价中，不管是哪个国家的药典，规定了频率扫描是一个必须完成的测试。通过这一测试数据，可以评估配方、生产工艺的一致性，从而zhi定批间差可以接受的偏差范围，最终得以对药物的质量属性进行评价。

药物如此，其他的产品都类似。比如胶粘带的生产一致性的质量控制手段，可以采用这个测试。

另外，通过这一手段可以考察产品的质量稳定性。举例，你会经常发现，透明胶带是有保质期的，过了较长的一段时间，黏性下降，不能正常使用了。这其实就是由于受到光、氧气、水分的作用，以及压敏胶本身的分层等导致的最终结果，产品失去黏性了。这一结果很容易通过测试粘弹性响应来发现，并且根据测试的结果来进行配方或者生产工艺的调整。

当然，稳定性的考察你可以进行多角度的评估，时间，温度，光，氧化，，湿度等等，这其实又是一个宏大的课题，在这里不再展开。

（2）分子量分布和分子量大小

频率扫描的时候模量的交点位置的左右变化和高低变化，可以直接表征分子量的分布和大小，这对于高分子聚合物来说特别精准，甚至可以代替GPC做快速的测试分析。在实际测试过程中，发现医用凝胶灭菌前后的分子量差异很大。

（3）频率扫描的经验分享

扫描的区间，从100rad/s做到0.1HZ就足够了，如果非要从100HZ开始，先要确认你的样品是否耐受高频的测试。不要尝试去做0.01HZ甚至更低，除非你有足够的时间来进行测试。

测试从高频扫描到低频。

做批次差异的时候，需要把批次间的测试曲线进行叠加处理，可以很快筛选出差异来。

2.3 温度扫描

对于热熔型或者热固性材料来说，做温度扫描的重要意义是根本性的，决定着这个材料的使用特性。比如材料的玻璃化转变温度，软化点，流动点，固化温度，固化结束等等，这些信息都依赖于温度扫描的测试。在高分子聚合物样品中，温度扫描这一项就是一个宏大的课题，值得特书大书。

上图是一个塑料例子，在注塑的时候发现物料之间的差异很大，找不到具体的原因。从过温度扫描，很容易发现一个经常堵住模具不能很快流动的粒子，是因为配方对温度降低特别敏感，温度稍微下降，模量迅速增加，相变开始，所以热流体不再流动，堵住了模腔。

上图是一个胶黏剂的温度扫描测试，很容易测量得到该物质的Tg为-10C，选择了相位角正切值的最大值对应的温度。这一温度为该胶黏剂zui低的使用温度范围提供了参考。当然，一旦配方和工艺确定，Tg作为材料的特征属性，具有特异性。

以下几个经验分享一下：

（1）升降温的速度控制。如果时间允许，尽可能的慢一点，这样重复性会高很多。建议温度2-5C/min即可。

（2）温度从高温到低温扫描。如果测试允许，材料允许，建议从高温开始。或者室温条件下物质表现为软物质，从室温开始升温或者降温都可，这取决你的测试实验室设计。

（3）特别留意低温条件下，形变量过大引起的扭矩负荷过大以及由此带来的数据稳定性差的问题。建议根据测试曲线和经验，低于某一个温度的时候，形变控制改为自动模式，允许在某一更小的形变值附近做上下波动。

2.4 时间扫描

观察材料与时间相关的变化特性。比如紫外固化，化学交联反应，以及时间稳定性等。时间扫描需要耐心的等待，当然，有的实验会很快，比如药物凝胶的凝胶时间测试等。

这是一个典型的紫外光固化的曲线，清晰的表达了什么时候固化开始，什么时间结束，对于固化速度的优化，紫外光能量的筛选和诱发剂的选择，都会提供参考。下图是个时间稳定性的测试。

另外，很有很多的利用粘弹性测试的模式来进行流变分析的，这里不再详细的阐述，在后期的短文里相继会有新的内容补充，比如结构恢复的测试，蠕变回复测试等。以上四个部分是非常基本的测试手段，掌握之后可以完成大部分的形变测试工作。

至此，流动和形变的梳理基本完成了一部分的工作。这中间涉及到的基本概念，模量，损耗因子，相位角等，简单bai度一下就可以解决，不再详细阐述。对于企业客户来讲，流变仪的难点在于面对质量问题，工程问题和研发问题，不知道该用流变学的思维去思考和分析，找不准问题的根源所在。另外一方便，测试出来的数据该如何解读，与实际一一对应，用于指导生产生活，这又是另外一个难题。文章分享到这一部分，只是罗列了实用流变测量学的一点皮毛。需要深入的理解，还是要回到书中去，认真研读概念，分析测试场景，举一反三，才可以在流变学的学习之路上更上层楼。

材料是个复杂的东西，庖丁解牛，也得割下去第一刀。任何物质或者材料，只要你可以把它变成软物质，利用流变仪都可以测量，所谓万物可测。那么流变学测试，第/一刀从哪里下手呢？先了解几个基本概念。

四、流动的测量

4.1 流动的意义

吃个饭，咀嚼吞咽，蠕动，消化吸收，排泄，要靠流动。血液输送营养和氧气，修补细胞和器官，靠流动。

原油开采，高压裂解，原油输送，炼化，形成汽油，支撑汽车，船舶，航空器自由运转，靠流动。

地壳的漂移，高山的隆起，海洋的形成，火山的喷发，珠穆朗玛峰的增长，上海滩的形成，靠流动。

上升到哲学高度，流动是物质存在的形式。所谓万物皆流，这是流变学的思维模式。流变学的重要任务之一，就是让流动变得可以测量。

4.2 流动的测量

很多客户，在纠结一个非常重要的定义，黏度。特别说明，是黏度，不是粘度。黏，形象的表达了流体的连续性，黏合性，以及测量的本质，阻力。黏度，是流动的阻力度量，可以表征流动的难易程度。流动是绝对的，只要把物质放在一个可观测的时间尺度上。所以，黏度的问题是个力学问题；采取合理的条件，选择合适的力学测量传感器和一个时间度量传感器，力的大小就可以正确、准确的测量。

4.2.1 黏度以及流动曲线

不需要继续纠结是选择黏度计还是流变仪来测量黏度。如果预算充足，不要犹豫，选择流变仪绝对不会出错。但是，如果你是简单流体，黏度计也是很好的选择。但我们在科学研究和工业生产的过程中，软物质是复杂的流体，是一个难以精确描述的黑箱。所以，建议选择流变仪来测试，为未来的研究留下空间。

黏度的表达有多种，相对黏度，绝对黏度，增比黏度，表观黏度，让人眼花缭乱，无所适从。我的建议是无论何种粘度名称，都是适用于不同的场景或者仪器或者物料。简单了解一下，就可以明白，包括牛顿和非牛顿。公式如下：

从来不要依赖单一的黏度值解决问题，虽然这个方法简单、经济，容易理解，但是往往会表征失效。遇到的实际问题，黏度的单一表达就会失效。管中窥豹，只见一斑。分析不全面，就会产生错误。所以，把黏度的点形成连续的线，用黏度曲线（下图）和流动曲线来表达，这是表达流动的最基础的两条线。

1 idealviscous (Newtonian)（牛顿流体）

      2shear-thinning (pseudoplastic)（非牛顿流体：剪切稀释型）

3 shear-thickening (dilatant)（非牛顿流体：膨胀型）

我这里建议大家更多的关注流动曲线，而不是黏度曲线。只有应力数据合理了，正确了，黏度数据才合理，正确。因为要考虑测试的边界条件限制：

剪切速率合理吗？

物质有挥发或者沉淀吗？

测试的时候物料样品有甩出吗？

弹性的影响大吗？比如下图：高剪切下，受到样品性品弹性影响出现Weissenberg 效应（爬杆效应）。这是测试过程中要避免的，所以，首要关注的是流动曲线，也就是应力曲线。

不要以为这些曲线的测试是一个简单的工作，如果需要获得稳定和重复性高的数据，对于流变测试的条件还要进行持续优化的，这需要经验和很好的流变学理解。这在后面测试条件的优化中会进行讨论。

通过这个初步的测试，可以获取：

1、流体的基本信息，牛顿流体还是非牛顿流体，剪切变稀还是变稠，测试的转子选择，速率选择等是否合适。

2、为下一步的测试提供经验和数据储备。

3、黏度与剪切速率的对应关系，可以加深与工业应用的关联和理解，见下图：

4.2.2 触变性测量

首先强调，触变性是个相对测量，而且影响测试结果的因素有很多，没有很好的流变学素养想把触变性测试好，是一件困难的事情。理解下概念。

【触变性流体】对于假塑性液体，剪切增强引起的变稀作用的主要机理为：颗粒或分子顺着流动方向取向或排列的作用超过了分子布朗运动所产生的随机化作用。这种取向作用如果再消失，则称触变性。对于许多分散体系，颗粒/分子间相互作用，键合产生三维网络结构，通常称为“凝胶”。当体系受到长时间剪切时这些键易于破裂。此时网络解体，体系粘度随剪切时间降低，直到渐渐接近给定剪切速率下可能的zui低值为止。这个zui低粘度值称为分散体系的“溶胶”状态。

触变性流体的特性在于：只要让物料静置足够的时间，该流体就能够重建凝胶结构。凝胶-溶胶、溶胶-凝胶这种变化。

触变性充分依赖于时间尺度。

【反触变性流体】:又称流凝性液体，其特征是粘度随着剪切持续上升。当静止后又会恢复到原来的低粘度水平。流凝性和触变性是两种相反的流动特性。

字数有点多，略显复杂。一句话，流体结构破坏之后的回复能力、回复特性和回复快慢。理解触变性需要一个过程，触变性与实际工程、工业生产以及我们的生活息息相关，密不可分。

A：触变现象

我们天天写字，用到油墨。不管是中性笔还是圆珠笔，解决不好触变性问题，导致两个问题：一是书写流利性不够，二就是漏墨。为什么日本的水性笔行销世界广受欢迎，一个解决了笔芯的珠子加工精度问题，另外一个油墨的触变性得以稳定的、科学的进行测量。

涂料刷涂，如果没有解决流平和流挂问题，你生产的油漆涂料就会给工人师傅带来困扰，结果就是你的产品失去市场。

锂电池正度及材料的涂布工艺，触变性解决不好，工艺参数调整不好，直接的结果就是生产的电芯在缠绕的过程中鼓包了，甚至嘎嘣断掉了。损失的，有可能是一锅几十万成本的浆料。

电子胶黏剂在点胶工艺中，触变性能不合适，直接的结果是既浪费胶黏剂，又带来产品瑕疵，产生过多毛刺，接下来要修边，最终影响生产效率。

这样的例子还有很多。那么触变性能的大小，好坏，有没有标准呢？答案是没有，要实事求是，依据应用实际来进行分析。

B、测量方法锥

(1) 时间曲线 –结构恢复三段式

在恒定的剪切速率下观察样品内部结构的破坏,以动态振荡测试或时间方式, 在等待不同时间之后观察和确定该样品结构的重建. 即时间曲线模式和三段测量模式(动态振荡+ 稳态剪切+ 动态振荡).

(2) 流动曲线-触变环

在恒定温度下, 逐渐升高剪切速率到某一设定点, 然后再降低剪切速率到原点. 通过流动曲线的滞后环面积测量样品的触变性, 即触变环模式。

强调一下，同样的物料，用这两种方法测试出来的结果具有一致性，但是侧重点各有不同。三段式表达的是回复时间的快慢，直观表达与喷涂，刷涂，滚涂等相关的工艺参数。触变环是回复能力的大小。依据个人经验，我推荐采用三段式的方式。这种方式为解决一些高填料样品或者粘弹性样品提供了较为理想的测试方法。

C：触变测试的注意事项，此处敲黑板。

（1）剪切历史。触变性严重依赖于时间，是材料的依时性特征表达。在测试之前，应该努力避免对物料初始结构状态的改变，避免预剪切。比如：

圆筒转子进入物料对物料初始结构的影响，测试平板或者锥板对样品的挤压；

搅拌或者混合；

加样方式：挤出，注射；

自动升降步进电机速度控制与法向力控制；

（2）物料本身结构和状态

溶剂的挥发与测试温度之间的协调；

均相结构与悬浮结构甚至含有颗粒等沉降物，体系尽可能做到均相；

（3）测试条件的优化

寻找适合于物料合适的触变性测试条件，是一个复杂的工程。不同的物料，粘度不同，结合实际工程工艺，提高测试的稳定性和重现性。以下都是测试的经验。

对于高填料或者锥板夹具，三段式要采用动态震荡模式；

圆筒转子测试时候，触变环或者三段式测试，破坏段的速率选择要充分考虑惯量的影响，避免速度过冲等不合理数据；

在开始测试之前，给足时间让yueqian物料尽可能回复到原始状态，避免非正常的剪切影响；

以上这些如果加以理解并多做操练，触变性的测试可以得到预期的测试效果。

4.2.3 屈服应力

定义：克服弹性行为开始流动需要最/小的力，叫做屈服应力。屈服应力具有特征指纹的特点，是材料的特征属性。在整个流变学研究中，尤其是小振幅或者低剪切测试中，屈服应力是一个非常关键的参量。

A：测量方法

（1）应力增长模式

设定恒定的剪切速率,测得最/大剪切应力 对应于时间t (线性坐标)。

方法看似简单，但是想把测试做好不太容易。剪切速率的选择很重要，另外，设备的灵敏度也要满足测试要求。针对屈服应力小的物料或者比较稀的物料，建议选择空气轴承的流变仪。这类方法对于水泥砂浆、金属粉末等非常合适。

（2）控制应力(CS)扫描模式:

连续增大的剪切应力施加到被测样品上, 观察产生的形变, 曲线斜率变化两个切线的交点对应的应力(双对数坐标形变- 应力)。

这个方法很直观，容易理解。随着应力的增长，形变会产生一个突跃，也就是从不流动到流动的拐点区域。在拐点的左侧，很直观的表达了线性黏弹区，零剪切粘度等概念，对于流变学融会贯通的理解，提供了一个简单易懂的图形数据模式。

（3）振荡(OSC)应力扫描模式:

 以某一频率的正弦波施加到被测样品上, 应力幅度逐渐增加,曲线斜率变化两个切线的交点对应的应力(双对数坐标形变- 应力)。

这个设备对流变仪设备是有要求的，可以进行震荡模式的测试。本人推荐采用该模式来测试屈服应力，数据的稳定性高，容易掌握。该方法特别适合于高分子聚合物类的样品，或者有内聚强度的样品，或者具有粘弹性的样品。

屈服应力测试的方法有很多种，不一一列举。以上三种方法比较简单易行，可以解决大部分实际工程问题。

B：屈服应力的测试讨论

（1）不同测试方法的差异

如果去看文献，有不同的屈服应力。而且不同的行业，不同的样品，都采用不同的测试方法。需要特别强调，虽然屈服应力是材料的特征属性，但是不同的方法测试的数值都不一样。所以，在测试的时候，一定要用一样的测试条件和同样的判定标准去进行测试。

（2）测试屈服应力的意义

屈服应力可以表征材料的稳定性，货架期。结合零剪切粘度，stroke方程，可以表征分散体在悬浮体系的材料稳定性。

屈服应力可以做一致性评价。对于配方和生产工艺批间差可以进行控制表征。

屈服应力可以表征材料的施工特性，挤出的难易程度，形状保持等与工程施工相关的工艺问题。

对于化妆品来说，屈服应力可以表达涂抹在皮肤上的触感和柔滑特性。对于食品果酱、花生酱等产品来说，可以表达使用的便利性。同时，这一数值是很好的质量控制关键点数据。

屈服应力测试，可以解决浆料类材料运输，泵送的问题。比如水泥砂浆，原油输送，鸡肉浆的罐间转移等。

4.3 流动测试小结

黏度以及流动曲线，触变性和屈服应力，囊括了流动测试的全部内容。作为一款流变仪，必须具备三种模式，控制速率，控制形变和控制应力。三种模式缺一不可，否则就是一台黏度计。

1、屈服应力是物料的特征属性，可以表征物料的差异。

2、屈服应力可以解决稳定性、泵送挤出工艺等实际工程问题。

3、建议采用振荡(OSC)应力扫描模式进行屈服应力测试。

4、三段式和触变环都可以表达触变性，但不同工艺，不同物料，应该有所区别。

一句话，完整理解并掌握流动测试的基本概念和方法，流变学的测试只是迈出了第一步，接下来的应变测试更为抽象和复杂。

这几天，ChatGPT可以说是“火爆全宇宙”！

它是由美国人工智能研究实验室OpenAI开发的一种全新聊天机器人模型，能够通过学习和理解人类的语言来进行对话，并协助人类完成一系列任务。简单来说就是不仅可以搜索、咨询信息，还能跟你有来有回的对话聊天，甚至能编代码、写文案、做图等等。

所以ChatGPT真就是神通广大，无所不能？

今天就让我们的权威电镜专家出手，

来用电镜知识测测它的专业素养吧！

文末更有赛家福利！

答案略有些不知所云，看来ChatGPT没有get到真正的问题，与预期的答案偏差较多。

与常规扫描电镜相比，环境扫描电镜最 大的特点是可以根据样品特征，调整真空压力、温度和气氛，使样品在接近“环境”的条件下进行观察。环扫电镜样品室的气压在4000 Pa以下可调，样品室可以通入水蒸气、惰性气体或混合气体。根据以上特点，通过设置合适的气压、温度和气氛，环扫电镜常用于观察含水含油样品和生物样品。还可以利用冷台或加热台，在环扫电镜中观察气压、气氛和温度等条件对样品影响的原位动态过程。

这个答案同样在不知所云了，ChatGPT没有正确理解问题所处的领域是电子显微镜这一分析仪器的细分领域，相应的答案与电子显微镜领域偏差交大。

在扫描电镜中，在保证所观测样品已经进行良好的样品固定后的前提下，可采用以下方式解决样品导电性不佳的问题：

1、镀膜，喷镀具有导电性的金属膜（Pt，Au，W等）或者碳膜，增加样品的导电性。

2、采用低真空或者环扫电镜，利用样品仓内的离子进行电荷中和。

3、调节电压，电流，扫描方式使样品表面电荷达到平衡。

4、采用对荷电不敏感的探测器（背散射探测器）。

这个问题的答案，相对于前两个还是比较切题。但是回答相对宽泛，参考意义仍有限。

需要考虑将样品与大气环境进行隔离，可采用在手套箱内进行样品前处理后，通过转移装置（如赛默飞电镜的Clean Connect或者Inert Gas Sample Transfer等工具）将样品转移到电镜仓内，从而可以避免电池材料接触到大气产生的氧化问题。

iDPC技术全称为积分差分相位成像技术。该技术利用分区探头获得了样品内部势场的投影像，可以同时获得轻元素和重元素的高分辨原子像。同时它也是一种优秀的低电子剂量成像技术，适合于各种电子束敏感材料的研究。该技术是近年来发展的一种新的成像技术，并快速地在材料科学，生命科学和半导体领域获得了应用。其在分辨率和快速扫描方面与传统成像技术相近，在采集数据时应根据需要选择合适的放大倍率。因此ChatGPT的回答并不正确。

ChatGPT回答的太过宽泛，没有拿捏到这项技术真正核心的特点与优势，没有办法介绍到一些技术细节，答案也就没有说服力。等离子双束电镜（PFIB）确实是更有潜力，是目前双束电镜的发展趋势，是因为：

1、PFIB束流范围更大，从2.5 uA-1 pA。这使得PFIB离子束的切割速率提高了40倍之多。这对有大尺寸切割要求应用都是有益的，如三维数据采集和大尺寸截面失效分析。

2、对于一些与镓有反应的样品，PFIB也更有优势，因为PFIB的离子源可以是氙或者氩。举个例子，镓离子制备的铝合金透射样品会出现镓离子污染晶界的问题，但PFIB不会。

3、PFIB除了常见的氙离子源，还可以配备氩，氧和氮作为离子源。这使得PFIB对特定应用会有更优秀的表现。如氩对透射样品损伤更小，O对生物材料和碳基材料的切割质量更高和N在冷冻条件下对生物材料的切割。

4、基于PFIB的以上有点，赛默飞还开发并推广了一系列新型的应用场景，如半导体中的去层分析和Spin mill对样品进行沿表面方向的抛光等。这都可以大大拓宽双束电镜对于各类材料表征（包括半导体材料，生命科学材料）的分析手段。

基于以上，PFIB会逐渐成为一种流行的被大规模使用的双束电镜类型。

最 后一题，ChatGPT的回答还算较为全面的涵盖了多种应用领域。但需要补充的是透射电镜在半导体领域也有广泛的应用。目前透射电子显微镜的空间分辨率已≤0.05 nm，可以在极高的空间分辨率下分析各种样品的结构，形貌和化学成分。

不得不说，看完以上这些「貌似懂电镜，但又没有懂到位」的答案，ChatGPT却也不像网上说得神乎其神了。目前大部分人对ChatGPT的使用都是处在惊奇阶段，它确实能通过人类自然对话方式进行交互，但对于电镜这类需要极强专业知识积累的领域，还是会频频犯错。

毕竟，电镜知识，浩瀚宇宙！

学习电镜这件事，还得交给我们赛家的电镜专家们。

我们特此在赛默飞纳米港为大家准备了全年的培训计划，如需了解及参加此培训课程，速来扫描下方海报二维码哦！