作者:黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2017-11-14
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我国科学家揭秘颗粒物质的背后玄机

 

本报讯(记者黄辛)上海交通大学物理与天文学院教授王宇杰团队研究发现,“颗粒材料流变行为类同于复杂流体”,颠覆了人们长期以来的传统认知,揭秘颗粒物质的“临界固体”本质。相关研究成果近日在线发表于《自然》杂志。

颗粒物质如沙土、粉末等在生活中十分常见,但人类对其动态行为的规律知之甚少。因此,颗粒物质成为物理和力学研究的前沿领域。

“相对于水,我们对颗粒物质的理解还远远不够。”王宇杰告诉《中国科学报》记者,“由于粒子间的非弹性碰撞,颗粒体系是多体耗散的非平衡态体系。颗粒物质在不同条件下会表现出气、液、固态。迄今我们还没有一个完备的颗粒物质的理论框架。”

王宇杰团队借助CT成像技术,对三维颗粒系统的微观动力学进行深入研究。在微观粒径的尺度上,第一次得到了长达3个时间尺度的微观动力学过程。实验发现,颗粒物质具有多尺度现象,传统意义上理解的颗粒“固体”,事实上是一种正好处在液固相边界的临界固体——通常在重力作用下保持固体状态,而一旦受到微小的外部微扰就会出现结构弛豫,表现出流体的特性。“也就是说,在非常小的外部微扰下就会流化,更多时候表现得像液体”。

值得注意的是,颗粒物质和原子分子体系不同,一般不是绝对光滑的,除了颗粒粒径尺度外,表面尺度也是导致摩擦的根源。上海交大自然科学研究院特别研究员张洁解释,尽管原子与颗粒物质的尺度相差几千万倍,我们仍然应当考虑介于原子与颗粒尺度之间的特殊尺度,这与它们各自的表面粗糙度有关,对普适的微观动力学产生深远学术影响。

王宇杰表示,这项研究对地震、泥石流、山体滑坡等应用学科研究会产生很大的潜在影响,也需要人们对海床、沙漠、地基与滑坡等颗粒物质的物理与力学性质及演变规律有更深入的理解。

《中国科学报》 (2017-11-14 第1版 要闻)
 
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