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非电非磁 新研究发现水下粒子神秘聚合力

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一组科学家在一次出错的实验中,意外地发现了粒子在分层液体中,不靠静电、磁场却能自动聚合的一种新的作用力。掌握这种作用力的规律,将对净化水质、海洋漏油处理,或者工业生产上材料的自动分…

一组科学家在一次出错的实验中,意外地发现了粒子在分层液体中,不靠静电、磁场却能自动聚合的一种新的作用力。掌握这种作用力的规律,将对净化水质、海洋漏油处理,或者工业生产上材料的自动分离都很有帮助。

分层液体指的是液体在不同深度的分子密度不同,如海洋中不同深度含盐量不同;在河口处,咸水和淡水交织在一起。科学家发现不同材料在这种液体中具有神奇的自动聚合的能力。

两年前,这个研究组向客户展示一个实验:将一些珠粒丢入一罐盐水中,展示它们下沈过程中能够反弹上来的效果。可是实验员当天把底层盐水的密度搞错了,实验出现了意外的结果,这些粒子反弹后,既不会浮到最上层也不下沈。过了一夜,它们自动聚合一起,悬浮在某个深度的位置。

研究者对此很感兴趣,经过大量的实验和数学计算,终于找到了答案:“将微塑料粒子丢入上层淡水、下层盐水的分层液体中,塑料粒子将被重力下拉,并被浮力向上反弹。当它们悬浮的时候,浮力和液体的扩散力(即不同盐分浓度液体向外扩散寻找平衡点的力量)共同作用,在塑料微粒周围产生绕流,使它们缓慢移动。它们不是随机移动,而是互相靠近聚集起来,就像会自动拼合的拼图碎片一样。随着聚合物的增大,这种神奇的聚合力也在增大。”

“可以说我们发现了一种有效的新力量。”研究者之一卡罗来纳州跨领域应用数学中心的卡马萨(Roberto Camassa)说。

研究者表示,这种新发现的聚合规律开启了对物质在自然界中如何自我组合的全新认识。这可以帮助研究人员估计江河湖海中生物聚集的地点、保护濒危物种捕食区域;还可以更有效地找到海洋中微塑料污染聚集区,或帮助清除深海漏油;还可以帮助在分层液体中分离各种材料,比如垃圾回收流程中分离不同颜色碾碎的玻璃等。

这份由北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)和布朗大学(Brown University)共同完成的研究,刊登在本月的《自然-通讯》(Nature Communications)期刊上。

作者: fh_4869

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