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“魔法沙”是探索颗粒状材料的理想工具


东京都市大学(Tokyo Metropolitan University)的研究人员研究了涂有硅的“魔沙”——一种受欢迎的儿童玩具——的特性,发现在普通沙子中添加魔沙可以提供一种简单、有用的方式来调节颗粒材料的流动。

沙子是粒状物质;它可以像液体一样灌满液体,沐鸣测速地址同时保持固体性质。粒状物理就是研究这些材料的领域,比如用于建筑行业的大米、粉末和沙子。

这一领域的研究人员面临的一个关键挑战是涉及到的谷物数量庞大。虽然颗粒可以用简单的经典力学建模,但大量相互作用的粒子导致了复杂的流动行为,不能用简单的方程充分解释。科学家们不仅在寻找更好的模型来解释这种行为,而且还在寻找方便的“模型系统”,用来深入了解这些材料的微观结构是如何产生它们的宏观属性的。

东京都市大学的研究人员一直在研究湿沙的行为;众所周知,湿沙与干沙的行为非常不同,这使得沙子城堡和其他建筑成为可能。这种行为主要是由于颗粒之间形成了液体桥(毛细管桥),它将砂粒结合在一起,从而可以用来创建承重结构。然而,将水均匀地混合到沙子中是一个挑战,沙子很快就干了,这使得在实验室中探索湿沙子变得很困难。

研究人员求助于魔沙来解决这个问题。“魔沙”最初是为了清理漏油而开发的,后来作为玩具流行起来,它有一种疏水(三甲基羟硅烷)涂层;普通的沙子是亲水的。

他们发现,神奇的沙粒通过细小的油束强烈地相互吸引,沐鸣测速但它们不与普通的沙粒相互作用,只是像干沙粒一样撞在一起。通过将魔砂和普通砂以不同比例混合,他们可以研究湿砂的行为,甚至是在颗粒之间形成很少毛细管桥的最小液体部分。

使用三种不同的方法,包括筛选、测量密度,形成稳定的一堆沙子,他们发现机械性能(集群和刚度)砂混合物的变化大大当魔法砂的比例超过20%。这可能会提供一个非常简单的方法在行业调整颗粒材料的属性,也可能呈现颗粒物理模型。

他们的结论强化了渗流理论的发现:该理论研究了粒子之间的连接如何填充空间而不破裂,例如聚合物凝胶。这种行为有助于统一适用于完全不同材料的理论方法。