中國科學(xué)家在顆粒物質(zhì)領(lǐng)域的研究取得重大進(jìn)展。上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院王宇杰教授領(lǐng)銜團隊研究發(fā)現，原來(lái)一般意義上認為的顆粒固體，其實(shí)是一種處在液固邊界的臨界相，在非常小的外部微擾下就會(huì )流化，在很多時(shí)候表現得其實(shí)更像液體。
左三為王宇杰教授 資料圖
王宇杰實(shí)驗室二維顆粒震動(dòng)實(shí)驗
研究成果“顆粒材料流變行為類(lèi)同于復雜流體”在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線(xiàn)發(fā)表。顆粒物質(zhì)的行為也體現了“萬(wàn)物皆流，無(wú)物常駐”，突破了人們對顆粒物質(zhì)的傳統認知。
科研團隊借助CT成像技術(shù)對準靜態(tài)循環(huán)剪切的三維顆粒系統的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深入研究。在微觀(guān)粒徑尺度上，第一次得到了長(cháng)達三個(gè)時(shí)間尺度的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。實(shí)驗發(fā)現顆粒體系具有和傳統的液體完全不同的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)，體現了“熱體系”和“摩擦體系”的本質(zhì)不同，但同時(shí)這種動(dòng)力學(xué)也表現出非常強的普適性，可以被理解為顆粒體系都遵從的一種新的普適的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)。上述現象的核心是顆粒物質(zhì)具有多尺度現象，而這種多尺度現象也導致我們傳統意義上理解的顆粒“固體”成為一種正好處在液固相邊界的臨界固體：通常在重力作用下保持固體狀態(tài)，而一旦受到微小的外部微擾就會(huì )出現結構弛豫，表現出流體的特性。
循環(huán)剪切試驗裝置
顆粒物質(zhì)就是由大量具有宏觀(guān)大小的粒子匯聚成的離散體系。“由于粒子間的非彈性碰撞，顆粒體系是多體耗散的非平衡態(tài)體系。顆粒物質(zhì)在不同條件下會(huì )表現出氣、液、固態(tài)。但是其液固態(tài)性質(zhì)都與牛頓流體、彈性固體等連續介質(zhì)體系有著(zhù)顯著(zhù)的區別。”王宇杰介紹，“迄今我們還沒(méi)有一個(gè)完備的顆粒物質(zhì)的理論框架。”
研究還發(fā)現，顆粒體系又有固體的性質(zhì)，因為顆粒體系是耗散系統，結構弛豫產(chǎn)生的能量會(huì )快速轉移到原子層面，所以體系在微擾消失后會(huì )恢復“固體”剛性而不會(huì )出現突變式的流化現象。最終顆粒體系會(huì )表現出在微擾下既會(huì )維持固體的骨架，同時(shí)內部結構又會(huì )像液體一樣連續演化的臨界固體特性。
顆粒物理研究屬于前沿科學(xué)研究
研究發(fā)現不僅在理論上取得突破，而且具有很大的應用價(jià)值。顆粒物質(zhì)在礦業(yè)、農業(yè)、化工、醫藥和建筑業(yè)等很多行業(yè)中都有重要的應用，是地球上除水以外第二多被處理的工業(yè)原材料。此外，這項工作對包括地震、泥石流、山體滑坡研究在內的應用學(xué)科研究也會(huì )產(chǎn)生重要潛在影響。
來(lái)源：新華網(wǎng)
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