东京城市大学 有涂层和无涂层砂的不同混合比例的显微图像(上图)和相应的砂堆(下图)
显微镜图像显示，涂覆的砂粒之间有硅油线，未涂覆和涂覆的颗粒之间没有线
学分:东京都大学 沙子是一种迷人的材料
它可以像液体一样流动和倾倒，但保留了固体的许多特性，堵塞管道或形成沙丘
像沙子这样的小颗粒的聚集行为被称为颗粒物理，对于处理和运输各种各样的颗粒材料，如谷物、大米、粉末和建筑行业中使用的大量沙子，这是一个非常重要的领域
这个物理学分支的一个关键难题是涉及的绝对数字
粒子通过简单的牛顿力学相互作用，但是因为许多粒子同时相互作用，所以流动行为出现了一种无法用简单方程解释的复杂性
因此，科学家们不仅在寻找更好的理论模型来解释颗粒行为，而且还在寻找方便的“模型系统”，可以在实验室中进行处理和调整，以洞察颗粒材料的微观结构如何产生宏观特性
由东京城市大学助理教授玛丽·塔尼和赖·栗田教授领导的一个小组研究了硅涂层“魔法沙”(一种受欢迎的儿童玩具)和普通沙的混合物的特性
发现涂有硅酮的砂粒只相互作用，不与其他砂粒相互作用
该团队发现，添加超过一定阈值的硅树脂涂层砂会导致集群和刚性的突然变化，这是一种调整工业颗粒材料流动的潜在方法
研究人员一直在研究沙子变湿时会发生什么
众所周知，沙滩，例如，行为完全不同；当沙子干燥时，建造沙堡是很困难的
这种现象很大程度上是由于颗粒之间液体形成的“桥”，即毛细管桥，将颗粒紧密结合在一起形成承重结构
然而，众所周知，均匀的湿砂很难在实验室制备；很难混合均匀，干燥速度也很快
为了克服这个问题，研究人员使用了“神奇的沙子”，这是一种涂有硅油的疏水性沙子颗粒，通常在儿童玩具中可以买到
研究小组发现，不仅“神奇的沙子”颗粒通过薄薄的一层油强烈地相互吸引，而且它不会与普通的沙子相互作用，只是像干燥的颗粒一样撞到沙子上
通过以不同的比例混合“神奇砂”和普通砂，研究小组可以自由地研究湿砂的行为，甚至是最小的液体部分，其中只有一些颗粒通过毛细管桥连接
使用三种独立的方法，包括筛分、测量密度和形成稳定的沙堆，他们发现当幻砂与普通砂的比例超过20%时，混合物的机械性能会发生显著变化
这与逾渗理论的发现相一致，逾渗理论控制着颗粒之间的连接如何在没有任何断裂的情况下跨越空间，让沙子混合物以明显更像固体的方式运行，并承受其自身的重量
这种行为在聚合物凝胶中是众所周知的，并且有助于统一应用于完全不同材料的理论方法
该小组的混合物还表现出易于修改的机械性能
重要的是，该方法为探索颗粒物理提供了一种新的、方便的、准确的和信息丰富的方法，并可能成为科学家在未来研究中的新的默认方法
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