Effect of Interfacial Properties on Viscoelastic Behavior of High- Temperature Multi-Phase System
这项研究表明，在具有低润湿性的高温颗粒系统中，粘弹性行为是由气—液界面的界面旋转力学而非传统的毛细桥定标律所支配的，因为液相占据了较大的空隙并避开了固—固接触。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个沙子不仅仅是静止不动，而是会流动、粘附并像橡皮筋一样回弹的世界。这就是颗粒材料（granular materials）的迷人领域——想想沙堆、咖啡粉甚至雪。通常，当你给干沙加入一点水时，它会变成“湿沙”，从而能够维持城堡的形状。这是因为液体在颗粒之间形成了微小的桥接，像隐形的磁铁一样将它们拉在一起。科学家们多年来一直在研究这种常温下的“湿沙”行为，并制定了规则（称为定标律），用以根据液体的粘性来预测混合物的硬度或弹性。
但如果提高温度会发生什么呢？在制造钢铁或玻璃等高温工业中，“沙子”会与熔融金属或岩浆状的熔岩混合。在这里，规则可能会完全改变。这些液体温度极高，而且它们通常不喜欢接触固体颗粒（这种特性被称为低润湿性），这与水喜爱沙子的性质截然不同。科学家们面临的一个重大问题是：当液体的热度极高且拒绝紧贴固体颗粒时，旧有的关于粘性液体桥接的规则是否仍然适用？理解这一点至关重要，因为如果规则出错，工程师们可能会难以控制这些热混合物在熔炉中的流动方式，从而可能毁掉最终的产品。
来自九州大学的研究团队决定挑战这些旧规则的极限。他们将微小的陶瓷珠（充当“沙子”）与各种熔融金属（如锡、铜和铁）以及一种熔融岩石混合物混合在一起，加热到金属呈液态而珠子保持固态的温度。他们想要观察这些炽热且混乱的混合物在来回晃动时的表现，测量它们的“弹性”（储能模量）。
转折点来了：旧规则预测，混合物的硬度应该高度依赖于液体的表面张力，前提是假设微小的液体桥接将珠子连接在一起。但当研究人员仔细观察时，他们发现了一个令人惊讶的事实。旧规则完全失灵了。他们的测量结果显示，硬度完全没有遵循预期的模式。
为了解开这个谜团，他们使用了一种特殊的X射线相机（类似于超强力的CT扫描）在混合物处于熔融状态时拍摄了3D图像。图像揭示了一个秘密：液体根本没有在珠子之间形成桥接！由于液体和固体珠子并不“合得来”（低润湿性），液体主动避开了珠子接触的地方。相反，液体躲藏在珠子之间的巨大空隙中，形成了孤立的、漂浮的液滴。这就像一场名为“抢凳子”的游戏，液体拒绝坐在与珠子相同的座位上，而是让珠子直接相互接触，而液体则漂浮在空隙之中。
那么，如果没有液体桥接，是什么让混合物变得坚硬呢？研究人员发现，硬度来自于另一种形式的“舞蹈”。被困在漂浮液滴边缘的珠子充当了微小的支点。当混合物被晃动时，珠子试图旋转，而液体的表面会抵抗这种旋转，从而起到弹簧的作用。研究人员发现，整个系统的硬度取决于旋转这些位于液体表面的珠子有多难，而不是取决于液体桥接的力量。
简而言之，这项研究表明，在液体与固体相容性差的高温系统中，关于“粘性桥接”的旧观念是一个神话。相反，其行为是由颗粒在液体表面上的旋转力学所支配的。这一发现表明，为了控制这些高温工业过程，我们需要停止思考“桥接”，转而开始思考被困在液体表面的颗粒的旋转力学。这是一种看待这个极其炎热且复杂问题的全新方式。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。