A06:科创上海
     
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~~~上海交大团队揭秘颗粒物质临界固体本质
~~~上海交大团队揭秘颗粒物质临界固体本质
     
2017年11月27日 星期一 放大 缩小 默认   
沙子究竟是固体还是液体?
上海交大团队揭秘颗粒物质临界固体本质
易蓉
  本报讯 (记者 易蓉)为什么沙子静止是沙丘,又可以流动做沙漏?沙粒和原子分子运动形态一样吗?早在十余年前,美国《科学》杂志就将“颗粒物质的非平衡态动力学理论”列为亟待解决的125个重大科学问题之一。糖果、沙子、谷堆身边常见,但令人惊讶的是,这些颗粒物质背后的科学原理始终无人“揭秘”。中国科学家近日在这一领域取得重大进展,上海交通大学物理与天文学院王宇杰教授团队的研究成果“颗粒材料流变行为类同于复杂流体”近日在国际著名学术期刊《自然(Nature)》在线发表。有意思的是,这项物理研究也是医工结合擦出的火花。

  组成颗粒物质的单个粒子与组成气液固态的原子分子很相似,因此以往研究认为可以用固体、液体力学的理论来研究颗粒物质。但实际上,颗粒物质液固态性质都与牛顿流体、弹性固体等连续介质体系有着显著的区别。这一领域的研究过去进展缓慢,主要是由于实验技术的限制,难以观察并非透明的颗粒物质内部形态。王宇杰团队将部分实验搬进了瑞金医院,团队成员、论文第一作者寇斌权博士与医生一起为实验装置做CT,从微观粒径尺度得到颗粒物质位移与旋转随时间的变化规律。研究者经过海量数据的处理和研究发现,颗粒体系具有和普通液体完全不同的微观动力学,认为传统意义上理解的颗粒“固体”是一种正好处在液固相边界的临界固体。

  同时,研究者还发现,颗粒物质表面不是绝对光滑的,除了颗粒粒径尺度外,表面尺度同样对运动状态产生影响。这种多尺度现象也导致传统意义理解的颗粒“固体”正好处在液固相边界的临界态,才产生了“静如沙丘,动如流水”的状态。

  这项研究不仅有基础研究意义,王宇杰教授认为,未来在对包括地震、泥石流等自然灾害的预防和控制,工业和农产品输运,甚至“一带一路”建设中遇到的海床、地基巩固、沙漠治理等领域有更深刻和精准的理解,将产生极大的潜在影响。

     
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沙子究竟是固体还是液体?
新民晚报科创上海A06沙子究竟是固体还是液体? 2017-11-27 2 2017年11月27日 星期一