挤牙膏的时候，你会发现牙膏盖子上面残留的牙膏会变成坚硬的残留物，水泥，粘土，土壤，油墨，涂料等等，生活中各行各业都随处可见致密的胶体悬浮液会随着年龄的增长而变硬。数十年来，大家认为这是结构动力学和材料载荷变化导致的结果。直到最近研究人员发现了一种称为接触控制老化的过程，解释了糊状材料中一些与时间相关的变化。
生活中各行各业都随处可见致密的胶体悬浮液或糊剂，如环境系统（淤泥、粘土），工业（陶瓷，钻探泥浆，泥浆）和建筑（抹灰，水泥），食品，化妆品，药品（牙膏，医用陶瓷）。流动时，它们的粘度取决于时间和应变。静止时，它们的剪切模量和屈服应力会缓慢的老化。
在 “稳定”悬浮液动力学中，可通过调节粒子间的相互作用（尤其是双层极化）完全避免粒子间粘合剂接触的形成。“非稳定的”悬浮液研究主要集中在结构变换（如絮状物的形成）。人们在研究悬浮液时只考虑结构动力学作为反触变性一个可能的原因，但土木或环境工程中的浆料是稠密的，通常含有足够的离子浓度以屏蔽库仑排斥力，因此固-固接触时存在范德华力，这会极大的影响宏观性能。
然而，悬浮液的接触和宏观老化之间的直接关系至今还未建立。Pantina通过光阱三点弯曲试验证明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯颗粒的光束呈现挠曲模量，这需要颗粒间的接触以抵抗滑动和滚动。基于该现象，法国埃菲尔大学Anaël Lemaître团队研究接触弯曲刚度变化与机械老化的关系，并将结果发表在《Nature Material》.
【结果与观点】
1.作者使用流变仪测量通过添加二价盐而絮凝的二氧化硅悬浮液的剪切模量。各种颗粒悬浮液（尺寸：0.5~1.9μm，体积分数：29％~ 40％）的宏观剪切模量G ‘与时间t在后期呈准对数增长，而微观结构保持不变。
2.作者通过激光镊子证明二氧化硅颗粒形成不可逆的固-固、抗滚动的接触；接触弯曲刚度与时间呈准对数增长。
基于观察结果，作者认为宏观老化是没有任何微观结构变化的逐渐性接触硬化，且宏观剪切模量的增长本质上是由弯曲(而不是拉伸)接触刚度决定的。
【过程展示】
1. 老化——微观结构无变化
作者首先确立研究系统的整体特性，为确保可重复性，进行任何宏观的老化测量之前，二氧化硅颗粒悬浮液通过预剪切作用进入初始状态。从预剪切扭矩设为零开始计算老化时间t。剪切模量G ‘随时间增加，然后以准对数方式增长。G ‘与离子强度I无关，随堆积分数ϕ的增加而增加，粒子半径a的增加而减小。
接下来，为了评估老化是否是由微观结构变化导致的，作者使用共聚焦显微镜对在水和甘油混合物（60/40 wt％）中的二氧化硅颗粒成像并在老化过程中三个时间段的图像重建颗粒位置。如果颗粒随时间消失，荧光会逐渐褪色，那么那些离焦平面稍远的颗粒会变得越来越难以区分。但在三个时间内，所有粒子基本上都固定在相同的位置。这证明在机械老化过程中，微观结构是恒定的。
既然悬浮液颗粒在剪切模量老化时微观结构没有改变，那么极有可能是急速形成的固-固接触导致老化。作者提出以下两个疑问：
1.不同离子强度是否对纯水中二氧化硅颗粒固-固接触形成和老化有影响？
2.如果是这样，在假设体系被接触捕获后微结构迅速固定的情况下，能否根据接触老化预测机械老化？
2. 固-固接触稳定性及其老化
为了回答问题（1），作者开展了光学钳实验，由奇数二氧化硅颗粒组装成棒条并进行三点弯曲实验。
在低离子强度的水悬浮液中，静电排斥力形成势垒，该势垒限制固-固体颗粒间接触(见视频)。光阱可打破颗粒之间的弱粒子间键。若I ≥ 0.1 M，该势垒不存在。当接近两个粒子时，它们之间会形成一个无法打开的接触。一旦这种接触形成，颗粒组装成的棒条能在数个小时内保持稳定，并且在宏观老化时间范围内，它们不会因热活化而分裂。
作者通过在激光镊子实验过程中分析颗粒棒条的图像，得出以下结论：在负载下，棒条是根据欧拉-伯努利方程进行弯曲，表明其接触抗滚动；弯曲模量随时间增长；弯曲刚度在后段时间呈对数增长。这项实验结果表明抗滑动的固-固接触不会热活化而分裂。接触点能快速形成，悬浮微结构非常稳定，且固-固颗粒间存在接触老化。
3. 从接触老化到宏观老化
作者紧接着回答了问题（2）。图4a表明剪切模量G ‘与抗弯刚度k0呈线性关系，证明宏观老化是由颗粒间接触的逐渐硬化导致的，其微观结构在接触后不久基本冻结。
接着，作者详细地探讨接触老化的原因及其宏观老化。二氧化硅表面之间的总表面能W随时间的增加而增加，从而增加固-固接触位置及抗弯刚度k0。有效抗弯刚度取决于颗粒尺寸。作者根据宏观模量G ‘、结构因子S、弯曲刚度k0及老化时间t之间的关系推导出公式：
证明接触老化可预测宏观模量G ‘，并驱动宏观老化，在log(t/τ)4/3时间尺度上，弯曲刚度k0与G ‘变化趋势呈一致性。但在接触时效的精确机制、颗粒结构的接触刚度和模量之间的联系方面仍需要理论进展。
4. 接触老化的通用性——PMMA悬浮液的接触老化
最后，为了证明接触触发宏观老化的普遍性，作者研究了CaCl 2盐溶液中的PMMA悬浮液。结果表明PMMA颗粒之间形成了固-固接触。然而，由于Ca 2+阳离子与PMMA表面的亲和力导致的粒子电荷反转，弯曲刚度变化并非单调地取决于离子浓度I（图5a）。与二氧化硅颗粒不同的是， PMMA颗粒的接触老化是接触界面的链纠缠。PMMA悬浮液的宏观剪切模量同样与离子强度I相关（图5b）。G ‘ (t)的增长可以从k0(t)的时间序列中重构。与二氧化硅悬浮液相同，PMMA颗粒的弯曲刚度k0的增长增加了宏观模量G ‘.
【结论】
作者确定了一种单一的老化情况，即两种性质各不相同的浓缩离子模型悬浮液。如果离子浓度足以屏蔽库仑排斥力，就会形成固-固接触，该接触刚度随后驱动宏观机械老化。许多材料的老化可能就是这种情况，如水泥、沉积物、陶瓷、污水污泥、矿山尾矿等。本研究中接触和机械老化之间的定量关系为预测模型提供了合理的起点，并为通过控制和调整颗粒的表面化学来调节机械老化开辟了新道路。
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