您上次在百吉饼上涂抹 奶油奶酪 时，是否注意到涂抹起来有多容易（或多困难）？您是否习惯摇晃沙拉酱以重新混合分离的油和醋？在这两种情况下，您餐点的货架稳定性、分配和质地都通过流变学的核心基础得到了保证。

这门科学学科融合了物理学和化学的原理，旨在研究材料在不同应力水平下变形和流动的方式。在食品生产中，潜在的流变行为对于保持质量、客户满意度和一致性至关重要。

流变学是研究材料流动和变形的学科，用于预测产品的行为并优化配方。对于食品和饮料，流变仪 可以测量和量化产品在被搅拌、挤压、涂抹或摇晃时的反应；它在加热或冷却时如何变化；甚至在食用时如何被感知。

流变学是确保新产品或重新配制产品质量的必备工具。食品配方的改变有多种原因，例如：应对特定成分的供应链问题、扩展以提供新口味、添加植物基或健康替代品，或者更换影响产品分配的环保包装。

无论您开发新产品或新配方的原因是什么，其流变学特性必须满足消费者的期望，才能在商业上取得成功。最终产品需要实现以下特性：

• 诱人的外观——不太稀，也不太结块
• 理想的质地和口感，不会太“稠”或太“稀”
• 顺畅的分配，易于倾倒、挤压或涂抹，且不会滴漏
• 在运输、商店货架和消费者厨房中的货架稳定性

在成功开发或重新配制产品后，食品制造商必须进行大规模生产。原材料或加工条件的变化可能导致批次产品无法满足消费者期望，甚至引发代价高昂的召回。将流变测量集成到生产现场的质量控制测试中，可以确保产品的一致性，并在产品出厂前就避免消费者不满。

对于食品生产设施的质量控制经理来说，流变学数据将有助于回答以下问题：

• 我们的产品在不同批次、不同时间以及不同地区之间是否保持一致？
• 随着新设备或新配料的加入，产品的一致性是否发生了变化？
• 在拒绝某一批次产品之前，我们应认为多大的粘度或屈服应力变化是可以接受的？

对于任何食品或饮料，您都需要四个关键测量指标来了解该产品在生产、运输或消费过程中的表现。

粘度这描述了材料对运动的阻力。粘度存在于从浓稠（蜂蜜）到稀薄（可乐）的连续谱上。然而，许多食品和饮料是非牛顿流体，这意味着它们的粘度会随剪切力而变化。在许多情况下，这种变化是刻意设计的（例如，市场转向使用挤压瓶包装奶油奶酪或蛋黄酱等调味品）。

• 剪切稀化有些食品在静止时保持粘稠，但在咀嚼、搅拌、摇晃或涂抹时会变得相当稀薄。例如，花生酱在容器中时质地浓稠，但搅拌后会变得更软、更易涂抹。

屈服应力：有些食品在达到最低应力水平时会改变粘度。例如，如果您将打开的番茄酱容器倒置，番茄酱可能会根据其原始稠度保持在原位。然而，如果您通过摇晃或挤压对容器施加压力，番茄酱的颗粒就会分解。这使得顾客可以更容易地将番茄酱涂抹在汉堡或薯条上。

• 触变性这描述了产品在受力时粘度可能会先降低，但在应力消除后又恢复其结构的过程。低触变性食品能迅速恢复其原始结构，而高触变性食品则恢复得较慢。产品恢复到原始状态的速度快慢，会对批次一致性和客户满意度产生巨大影响。像蛋黄酱这样零触变性的材料会立即恢复其结构，而像酸奶这样高触变性的食品在搅拌后可能需要几天时间才能恢复其粘度。

温度、压力、摇晃、搅拌以及其他因素都可能影响产品的质地、口感和性能。这些干扰可能会有意（或无意）地永久改变产品在其生命周期每个阶段的行为。在以下四个关键领域使用流变学对于确保从开发到商店货架再到餐桌的产品质量至关重要。

我们都知道食品感觉不对劲是什么样，但您该如何衡量它呢？流变学使食品质量控制经理能够量化和定义他们希望产品具备的特性。通过设定所需的粘度、剪切变稀行为、屈服应力和触变性，您可以确保您的产品每次都保持一致。

食品生产实验室和制造商无需仅仅依赖昂贵且耗时的消费者小组，而是可以利用流变学来验证批次一致性或衡量配方变化的影响。流变学数据甚至可以与消费者小组的数据相关联，从而无需离开实验室即可预测客户满意度。

供应链中断、新法规或口味和质地的微小改进可能会促使您在商业生产过程中调整配方。流变学测量将帮助您更好地了解增稠剂、稳定剂和其他成分的变化如何影响产品的整体质地。这些测量结果将帮助您确定改进后的配方是否仍处于可测量参数的可接受且可预测范围内。

同样的测量结果也可能要求您更改生产过程中使用的工艺和设备。例如，如果您引入一种新的低脂奶油奶酪，其成分具有不同的屈服应力，您可能需要能够施加不同力的混合和灌装设备。

通过进行快速的批次间质量控制检查，流变学测量有助于您确信每天生产线上下线的最后一件产品将与第一件产品具有相同的质量。制造过程中微小且通常不可见的差异可能会对不同批次产生巨大的影响。例如，如果材料在加工过程中混合不足，它可能无法达到最终产品质地所需的正确特性。

最后，您需要确保在实验室中辛苦研发出的产品特性，与消费者在餐桌上体验到的特性保持一致。即使产品口感美味且食用安全，其从容器到餐桌的表现也会影响整体的享用体验。例如，罐装肉汁需要保持足够的粘度，即使在加热时也能“附着”在肉上。

流变学的灵敏测量有助于您在问题演变成代价高昂的召回或消费者放弃您的产品等更严重的问题之前，识别出潜在问题。在产品离开工厂前实施流变学质量控制检查，可为您提供在问题发生前采取主动纠正措施的信息。

为了获得这些重要知识，质量控制经理会使用现场流变仪，例如 Discovery Core Rheometer。

该仪器可帮助您了解悬浮液、凝胶、乳液、糊状物和其他非牛顿食品在不同条件下的变化。Discovery Core Rheometer 的主要功能包括：

1. 能够在各种实际存储和使用条件下获取产品完整粘度曲线的能力。
2. 易于使用的触摸屏，配有说明和插图，让您无需电脑或高级培训即可执行常规测量。
3. 紧凑的设计，比其他型号节省 75% 的台面空间。
4. 可自定义方法，以纳入您程序的每个步骤，并可根据您的规格即时显示“合格或不合格”读数。

如需了解流变仪工作原理的更多信息，请观看此 产品演示。

这是无法避免的。产品离开工厂后，将面临一系列压力因素。它可能会被加热或冷却、轻轻折叠或制成泥、用勺舀或涂抹、或被吸食或咀嚼。为确保您的食品在这些多变的环境中提供一致的效果，了解变形和流动至关重要。

只有流变学原理——以及测量它的仪器——才能定量地保证您始终如一地提供客户所期望的高质量产品。

点胶与流动特性对于多种电子制造工艺及材料至关重要。从焊膏与粘合剂的精确涂敷，到柔性电子和增材制造领域的新进展，流变学在提升加工性能、产品质量及制造一致性方面发挥着关键作用。

流变学研究的是受力时的变形与流动，这对于优化电子制造至关重要。流变学解答了各类电子应用中的关键问题，例如：

• 焊膏在储存过程中会发生什么变化？我该如何预测其保质期？
• 用于喷墨打印电子电路的理想粘度是多少？
• 我的薄膜或环氧树脂在干燥/固化前能否保持形状，还是会发生塌陷？
• 我的材料在注射器中是能顺畅流动，还是会发生堵塞？

这些特性具有剪切依赖性，这意味着材料的粘度（即流动阻力）会随着其在混合、点胶、储存或固化过程中所受作用力的变化而改变。因此，必须在宽广的剪切速率范围内对这些材料进行评估——这一点利用流变仪可以实现，而粘度计则无法做到。流变仪还能够测量随时间变化的材料的屈服应力，以预测其长期行为。

全球各地的研究人员和制造商利用Waters 流变仪来研究电子材料的点胶与流动特性。请阅读以下四个已发表的文章，了解流变学如何改善了其中的材料与工艺。

焊膏简化了电子产品的批量生产，但它属于一种化学活性混合物，需要谨慎处理与储存。焊膏中的粉末与助焊剂组分“在混合后即刻发生化学反应”，这意味着焊膏在制造、运输、储存及使用^全过程中都会发生持续变化，且均受温度与湿度的影响。流变仪能够控制剪切速率与形变，并具备高扭矩灵敏度，这使其成为“量化焊膏变化的最佳方法之一”。

焊膏制造商 Kester 公司的研究人员利用Discovery 混合流变仪（Discovery Hybrid Rheometer ）研究了焊膏的保质期及^各项性能。他们结合多种流变测试方法，开发出一种用于加速预测保质期的方法，研究结果表明，相比于储存时间，储存温度对焊膏最终使用时的粘度影响更大。

喷墨打印是实现包括柔性电子和可穿戴电子在内的印刷电子的关键技术。来自剑桥大学、江南大学和米兰理工大学的研究人员在纺织品上制备了喷墨打印的柔性且可水洗场效应晶体管（FET），从而实现了全喷墨打印电子电路。研究人员利用 Discovery 混合流变仪测量了^两种墨水配方的粘度随剪切速率的变化情况，并据此计算了最佳喷墨打印所需的各项可打印性指标，例如 Ohnesorge 数倒数（Z）的范围。

另一项研究利用非接触式微喷印技术制作了个性化的脑电图电子纹身。来自德克萨斯大学和加州大学洛杉矶分校的^研究人员开发出低粘度的生物相容性墨水，将其喷涂在头皮上后，墨水会“自干形成柔软、可拉伸且导电的薄膜”。利用 Discovery Hybrid Rheometer 30 测得的粘度数据，他们发现该墨水可调节的粘度特性及剪切变稀行为支持稳定的微射流打印。

增材制造是一项日益发展的技术，用于打印包括可穿戴设备、软体机器人和定制化储能装置在内的复杂电子结构。阿尔伯塔大学的研究人员开发了一种利用水性油墨通过直接墨水书写（一种增材制造形式）制备电容式压力传感器的新方法。他们利用ARES 流变仪证实，该油墨配方具有理想的剪切变稀特性：^即在流经狭窄的注射器时能够顺畅流动，而在被挤出并沉积到基底上后又能保持较高的粘度。该油墨的剪切变稀特性也意味着挤出所需的压力较低，从而“便于通过细小喷嘴顺畅挤出，形成连续图案”。

正如上述文章所示，流变学使得电子产品的制造与设计成为可能。从保质期到点胶和干燥，电子制造的每一个环节都受到流变特性的影响。量化这些特性是设计更高效工艺和创新产品的第一步。

如果您认为流变学过于复杂，或者与您的实验室无关，那么不妨重新考虑一下。领先的电子行业实验室已开始采用流变学技术，以便就材料配方、加工条件及保质期评估做出明智决策。请阅读我们的博客文章《揭开关于流变学的5大误区》 ，了解为何流变学与各水平的用户都息息相关且易于上手。

技术的发展日新月异。无论您是升级旧设备还是为您的工作台添加新技术，使用尖端仪器都一定会提高您实验室的效率和成果。新型仪器可提供更可靠的数据和更先进的功能，这对于始终立足于材料创新前沿而言至关重要。

但是，如何在升级仪器以获得最佳投资回报的同时最大限度地减少停机时间呢？以下是可让您无缝且轻松地升级实验室的 4 种方法。

用最新型号的仪器更换服务多年的老旧仪器是改善实验室结果的最简单的方法之一。更好的消息是，您可以用旧仪器换取升级折扣。

2000 年推出的 TA Instruments Q 系列热分析仪彻底革新了测量方法，Discovery 系列以其改进的测量和易用性延续了品牌传统。用户可对其 Q 系列 DSC、TGA、DMA、SDT、TMA 仪器或竞争型号仪器进行以旧换新，以节省购买新的 Discovery 系列热分析仪的费用。Discovery 系列提供无与伦比的灵敏度和准确性，可检测样品中的最小变化，并通过强大的 TRIOS 软件提供革命性的用户体验。点击此处以解更多信息并联系我们以对您的热分析仪进行以旧换新。

同样，您可以对 TA Instruments AR 流变仪或竞争型号仪器进行以旧换新，以节省购买新的 Discovery 混合流变仪的费用。升级到 DHR 实现了卓越的功能改进 – 由于 DHR 优异的扭矩灵敏度，用户可使用更少的样品测量更低的黏度和更小的应力。该仪器的混合功能是游戏规则的改变者：可在一台含集成线性 DMA 的流变仪上进行剪切流变学、黏性/剥离、拉伸黏度测量，以及张力、弯曲和压缩测量。DHR 广泛的功能和配件（包括与许多 AR 配件的兼容性）可为您实验室未来可能需要的任何测量提供保障。联系我们以了解有关流变仪以旧换新的更多信息。

除节省成本外，对您的热分析仪或流变仪进行以旧换新也非常易于操作且回报丰厚：

• 通过承接已有的历史数据和操作程序实现平稳过渡
• 使用新的“无人值守”自动进样器减少瓶颈（可在特定的热分析仪型号上使用）
• 借助专为每个用户级别的易用性而构建的 TRIOS 软件，最大限度地减少操作适应时间
• 通过可靠的结果和更高的准确性提高数据可信度
• 通过新功能和测量选项扩展实验室能力

3D 打印也称为增材制造，许多行业都将其视为一种多功能制造技术。3D 打印可以实现快速成型和按需打印服务，以避免批量运行带来的潜在浪费。

3D 打印拥有创造复杂形状的独特能力，被广泛应用于制造业。许多标准制造方法无法在结构中产生空腔和底切。添加模式可以轻松创造各类独特形状。

3D 打印目前已扩展到一系列材料，包括生物相容性聚合物和各类金属。3D 打印甚至被用于医疗保健等领域，用于定制打印医疗设备。¹

为了优化 3D 打印材料，制造商需要仔细考虑最终材料的机械和热性能。虽然 3D 打印部件往往很轻，而且聚合物部件的正确组合可以拥有与金属相似的抗拉强度，但克服增材制造部件较低的机械和热性能是最大的挑战之一。²

了解挤压过程如何影响打印材料的最终性能是一个非常热门的研究领域。汽车应用对材料的拉伸和热性能要求最高。

幸好，目前有许多含有碳纤维、玻璃纤维和凯夫拉纤维的热塑性聚合物基质可用于 3D 打印部件，并能够在汽车应用中充分实现高性能。²

在 3D 打印过程中，要打印的基材被熔化，然后分层沉积以创建最终对象。在此过程中有多个参数可以优化，例如聚合物床层和喷嘴温度以及层间固化时间。

3D 打印有多种方法，包括选择性激光烧结、生物打印和熔融沉积建模。熔融沉积建模是最常用的方法。

玻璃态转化温度是选择正确温度挤压非晶态聚合物的必要信息。对于半结晶聚合物，其熔化温度是应重点关注的数值。结晶度强烈影响聚合物的机械性能。

许多聚合物用紫外线固化，紫外线在聚合物材料中产生自由基，作为最终聚合物生产中交联过程的引发剂。交联程度越高，材料的硬度和强度就越高。通过改变样品暴露在紫外线下的时间长度可以影响交联的材料强度。

温度和固化时间都会影响聚合物在材料中的分子结构及其性能。因此，为了优化这些参数并探索其对最终材料的影响，材料设计师使用对聚合物性能细节敏感的测试技术。

如今市场上的可充电电池中，锂离子电池占有主导地位许多应用中都有它们的身影，包括消费电子、电动汽车和工业设备。由于近年来锂离子电池的广泛应用，电池技术成为一系列不同研究领域的焦点，这些研究旨在提高电池的寿命、性能和安全性。

其中一个关键的研究领域是电极加工和制造的改进。  具体而言，研究人员一直专注于优化电极制造工艺，包括将活性固体阴极或阳极颗粒与粘合剂、添加剂和溶剂混合，从而形成具有复杂的非牛顿流动特性的浆料。浆料的有效加工很大程度上取决于对浆料流动特性的理解，也称为流变特性。

对于浆料流变学的深入理解可以更好地控制浆料的储存稳定性，防止沉淀、可泵送性和可运输性，并能形成均匀、无缺陷同时重量得以提高的涂层。这些测量有助于简化工艺优化过程，并使研究人员在开发新型材料突破电池材料性能壁垒时能够得出有意义的结构和性能的关系。下面的研究研究重点介绍了领先研究人员如何利用流变学来改善电池材料的开发、处理和加工。

所有的锂离子电池都需要用浆料进行涂布形成正极。现代工业电池制造在正极上使用狭缝式涂布，在这种情况下，狭缝头将光滑、均一的浆料均匀地涂抹在正极上。随着更快更有效的锂离子电池制造需求的增长，橡树岭国家实验室和田纳西大学的研究人员 Hawley 和 Li 试图通过提高温度来降低正极浆料的黏度，从而加快狭缝涂布速度。1 降低浆液粘度可实现最大的涂布速度，并最大限度地减少缺陷，如夹带空气和厚度不一等。该团队使用 TA Instruments 公司的Discovery 混合流变仪 (DHR) ，发现将浆料温度从 25℃ 提高到 75℃，在 60℃ 时黏度降低了 23%，涂布速度可以提高约 14%，这意味着电极生产率提高，同时在长期循环和高倍率放电测试中显示出可比的容量保持率。在 25°C 和 60°C 之间，浆料的屈服应力和平衡储能模量单调增加，从而使活性材料具有更高的抗沉降性。

全固态电池是一种新的电池体系，采用固态电极和固体电解质取代传统的液体或聚合物凝胶电极和电解质。范德比尔特大学机械工程、材料科学以及化学和生物分子工程系的研究人员研究了全固态电池 (ASSBs) 中复合电极的油墨配方。2 复合电极的量产依赖于集合电极固体材料、粘结料和溶剂的油墨的生产。油墨工程包括优化油墨的流变性、聚集行为和稳定性，以实现所需的涂层工艺，从而提高 ASSB 中复合电极的性能。

由 Shen、Dixit、Zaman、Hortance、Rogers 和 Hatzell 组成的范德比尔特团队使用 TA Instruments 公司的 Discovery 混合流变仪来评估溶剂和粘结料的不同组合。他们发现，松油醇溶剂和聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 粘合剂（电池行业不太常见的组合）可以提高固-固界面润湿性和粘附性，同时改善动态表面张力和流变性能，从而改善电极和容量性能。流变学测量帮助他们确定这种理想的组合。流变学对于设计油墨制造过程和确定可行的工艺条件至关重要。

来自蒙特利尔大学化学系的研究人员 Khakani、Verdier、Lepage、Rochefort、Prébé、Aymé-Perrot 和 Dollé、Hutchinson 和 Total SA 采用一种不同的方法，设计一种无溶剂工艺来简化复合锂离子电池电极的制造，这种工艺更具环境可持续性和成本效益。3 他们的干法工艺使用聚合物加工助剂 (PPA) ,避免了基于溶剂的湿电极加工的传统问题。他们的干涂层需要具有足够黏度的均一混合物来均匀地涂覆电极。TA Instruments 公司的 Discovery 混合流变仪 (DHR) 帮助研究人员优化他们的混合物，并确定应用该混合物所需的剪切力范围。他们得到的混合物具有理想的黏弹性，并在全电池测试中被证明是成功的，为更环保和低成本的电池制造铺平了道路。

尽管大多数商用电池使用液态有机电解质，但这些有机溶剂易燃，并不适用于所有应用。目前有研究人为固体聚合物电解质 (SPEs) 是一种更安全的替代品，其可燃性降低，机械性能提高，有助于抑制枝晶的形成。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的 Brian Jing和Christopher Evans 从具有动态共价交联的聚合物网络中开发了 SPE，提高了电解质的安全性和性能，兼具可持续和可回收性。4 他们开发了聚环氧乙烷（PEO）网络，并研究了 LiTFSI 盐对其转变温度的影响。

成功设计电池材料的其中一个关键点是了解材料在不同温度下的行为。这对基于 PEO 的材料更为重要，因为其模量在加热过程中会大幅下降。Jing 和 Evans 使用 TA Instruments 公司的 Discovery 混合流变仪来确定他们基于 PEO 的 SPE 的模量随温度的变化。他们观察到，虽然材料在更高的温度下变得更软、更易流动，但所产生的材料的剪切模量却大于 1MPa。这是一项重要成就，因为这些材料的高模量可能有助于在电池最终使用温度较高的情况下抑制枝晶形成，同时网络结构的化学属性保证了高导电性。

使用硼酸酯形成动态共价交联也可以在 30 分钟内将电解质溶解在纯水中并回收原料单体。这些电解质在机械损伤后还表现出自修复性，同时保持 95% 以上的导电和机械性能，这进一步巩固了该行业为实现更好的电池可持续性而在可回收和可再加工材料方向发展所做出的努力。

正如这些研究实例所表明的，对锂离子电池的高需求正在全球范围内挑战制造业的极限，使得在材料开发阶段思考工艺优化变得更加重要。随着创新以惊人的速度发展，世界各地的实验室都在努力开发性能和安全性适当平衡的电池。这些例子说明了流变学是科学家设计和高效生产更安全、性能更好的电池的关键技术。他们研究背后的驱动因素–更快的生产过程、更高的安全性、卓越的终端使用性–不会消失。我们不断改进电池生产和产品时，电池科学家可以自信地学习他人的突破，并采用他们的技术。

TA Instruments 很荣幸能够通过我们行业领先的流变仪来支持这些努力，这些流变仪提供了无与伦比的测量精度，同时通过大量附件保持了高度的通用性，并提供了无缝的用户体验。请访问我们的电池材料测试页面，了解更多关于推动未来电池发现的仪器。下载我们的电池测试手册，了解更多关于顶级测试技术的信息并联系我们的专家，了解最适合您实验室的仪器。