在加壓條件下,科學家捕捉到流體:像固體一樣反應的瞬間!

2020-12-08 騰訊網

來自斯旺西大學工程學院的科學家，通過一種新的流體觀察方法捕捉到了流體在加壓條件下像固體一樣反應的瞬間。這項研究來自創新材料、加工和數值技術研究所(IMPACT)內的複雜流動實驗室(Complex Flow Lab)。該實驗室研究經常在顆粒材料、多孔介質和複雜流體(如泡沫、凝膠和糊狀物)中形成錯綜複雜的流動模式。這項最新研究著眼於對壓力有類似固體反應的流體，這種現象被稱為不連續剪切增稠(DST)。

這是當液體（在這種情況下是玉米澱粉混合物）在受到幹擾時突然變稠並變成固體。這些測試涉及一種新的觀察方法，使用了高速攝像機，結果為未來的工程實踐提供了一種創新方法。研究作者德倫·厄茲圖克(Deren Ozturk)博士說：我們發現對新興的DST研究領域特別感興趣，因為它是DST行為的一種新的視覺指示，可以用來校準未來的理論模型。DST現象正在被研究用於獨特的工程應用，如軟體裝甲、」智能「減速帶和食品生產。

研究小組使用普通廚房玉米澱粉與水混合，然後將其放入一個狹窄的單元格中；加壓空氣被釋放到玉米澱粉-水流體中，並強行通過。空氣是如何逃逸的，用高速攝像機拍攝，以可視化入侵模式-根據玉米澱粉濃度和空氣中的壓力，這些模式要麼呈現為液體狀手指，要麼呈現為固體狀骨折。研究使用玉米澱粉（作為更廣泛剪切增稠材料的模型系統），因為它方便、廣泛，而且表現出戲劇性的剪切增稠反應。

由於這種入侵實驗以前沒有在DST流體上進行過，我們的主要目標是嘗試一下，所以研究人員希望看到一些有趣的東西。研究的主要假設是，如果施加足夠的壓力，流體會像固體一樣「破裂」。這將是一件很棒的事情，因為液體應該表現出寬大的手指圖案。因此，我們很高興看到狹窄的破裂反應，因為這意味著我們開發了一種新的實驗來探索觀測到DST的條件。研究合著者、Complex Flow實驗室負責人Bjornar Sandnes博士說：

這裡研究的玉米澱粉特別有趣的是，摩擦力可以像開關一樣開啟或關閉。當受到輕微擾動時，顆粒會相互排斥，因為它們不接觸，所以沒有摩擦，材料就像液體一樣流動。然而，如果更有力地幹擾它，顆粒就會被推入接觸狀態，這樣摩擦就會阻止顆粒自由滑動，然後這種材料表現得更像固體，也就是在實驗中觀察到斷裂的時候，其研究發現發表在《通信物理》期刊上。

博科園｜研究/來自：斯旺西大學

參考期刊《通信物理》

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