界面流变学
界面是两种不互溶相之间的接触区域（例如水-油界面）。 界面流变系统 (IRS) 用于测量液-液或液-气界面（如液体-空气界面）处界面层的流变特性。 该系统可用于研究不同表面活性剂对界面稳定性的影响（例如乳液或泡沫的配制以及液滴的稳定性），并可对力学强度很低的界面结构进行流变测量。
背景
IRS 与 MCR 流变仪配合使用，可对液-气和液-液界面膜进行二维流变测量。
在此类测量中，剪切应力表示为界面剪切应力 τs，单位为 [τs] = Pa·m。 黏度则以界面剪切黏度 ηs 表示，其关系式为：τs = ηs · γ。 界面剪切黏度的单位为 [ηs] = Pa·s·m = N·s/m，也可表示为表面泊。
通过将特定测量系统置于界面处，可测量吸附膜或铺展膜（例如由蛋白质或表面活性剂形成的膜）。
界面流变测试中主要采用的两种测量几何为：
- 双锥几何
- 适用于液-液（水-油）界面和水-气（空气）界面的测量
- 剪切场定义明确
- 适用于高黏度样品测量
- 双壁环 (DWR)
- 可用于测量液-气（空气）界面；也可测量液-液（水-油）界面，但有一定限制
- 剪切场定义明确
- 亚相影响较小（Boussinesq 数较高）
请注意：界面剪切流变测量仅在界面上形成膜层时才有意义。 界面膜通常可通过两种方式形成：铺展法或吸附法。
铺展膜（主要适用于低分子量表面活性剂）可按以下步骤制备：
- 将样品溶解于铺展溶剂中（如己烷、乙醇、氯仿）
- 使用微量注射器直接铺展到水面
- 待溶剂完全挥发
- 在表面活性剂膜上方缓慢加入油相
吸附膜（例如蛋白质界面层）是通过体相组分向界面吸附形成的。 可按以下方式制备：
- 将蛋白质溶解于蒸馏水中
- 将油相轻轻加入水/蛋白质溶液表面
IRS 由 MCR 与双锥或 DWR 几何组成，可对强度极低的界面结构进行界面流变测量。 此外，双锥几何还适用于高界面黏度的测量。
原始数据通过成熟的标准流变测试获取，随后可据此计算界面性质。 在基于流体动力学的流场后处理分析中，通过扣除体相与覆盖相的贡献，可求得所测界面层的相应界面性质。 测量可在旋转模式和振荡模式下进行，例如可对界面层进行流动曲线和蠕变测试，或在成膜过程中进行振荡测量。
借助珀尔帖元件，可在 5 °C 至 70 °C 范围内控制温度；MCR 流变仪气浮轴承中的专利法向力传感器可对用于界面测量的任一几何体进行精确定位。
典型界面流变测试包括：
典型应用：
- 食品：乳液和泡沫
- 消费品：乳液、泡沫和表面活性剂
- 医药：包封与药物释放
- 石油工业产品：表面活性剂、减阻剂和油水体系
- Langmuir 单分子层：水-空气界面膜
测量示例
下图展示了一项用于研究咖啡油脂层界面流变特性的代表性测量结果。 图中展示了同一咖啡样品在三种不同浓度下的成膜过程。 在恒定应变和频率条件下进行测量，可跟踪表面活性组分在液-气界面上的吸附与网络形成过程。 浓度较高时，界面膜会在更短时间内呈现弹性特征。 在最低浓度下，模量在较长时间内持续上升，到实验结束时仍未达到平台值。 这表明，咖啡粉浓度越高，界面膜形成越快。
