東京都立大學解明濕潤粉粒體強度提升之機制,可望促進新型粉粒體材料開發

 

刊登日期:2024/2/7
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東京都立大學解明了一項乾燥粉末或沙子在潮濕時強度增加的機制。此項研究成果將可望有助於開發出有別於混凝土、水泥之新型抗龜裂粉粒體材料。乾燥的砂子、粉末等粉粒狀物質即使堆疊也會隨即崩壞,而濕潤粉粒的強度則大為提高,但強度增加的機制尚不明確。東京都立大學注意到近年來做為兒童玩具的市售矽油砂。由於塗覆砂油的砂子經年變化較小,且其力學特性可穩定控制,因此將其與普通矽砂混合,並調查不同混合比例的力學特性變化。

在實驗中,研究團隊將不同混合比例製成的粉粒塊予以壓縮,測量相對於壓縮率的排斥力,並計算了結構硬度指標的楊氏係數。結果發現,當混合比達到60%以上時,楊氏係數迅速增加,且此後幾乎保持恆定。此外,為了調查混合砂內部結構的變化,研究團隊進行了數值模擬,發現當混合比例超過60%時,大的剛性團簇(Cluster)遍佈整個區域並滲透。由此可知楊氏係數的增加是由於剛性團簇的滲透所致。

另為了調查韌性,研究團隊就不同混合比例製成的粉粒塊在大幅壓縮時的狀態進行了觀察,進而發現壓縮導致矽油砂碰撞並產生新的結合,因此在無龜裂下變形且不易受破壞。東京都立大學對於「混合比例為60%或100%時,物性幾乎未有變化」特別關注,今後計畫將其中40%以具有殺菌作用的粒子或熱吸收粒子等其他機能性粉粒體取代,期藉此開發出具有高強度、高韌性且具有特殊機能性之新型粉粒體材料。


資料來源: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/36310.html
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