Non-spherical particle packing

棍状颗粒堆在振动下的致密过程
不同长宽比的棍状颗粒的堆积结构
椭球颗粒的堆积结构


棍状颗粒堆在振动下的致密过程

        我们利用显微吸收CT成像技术研究了长棍状颗粒从无序相向向列相演化的过程。我们发现,体系的弛豫时间符合Arrhenius law,且外加振动幅度表征了体系弛豫的有效温度。研究表明非平衡态的颗粒系统可以通过一些热力学参数来描述体系的宏观状态,并且其弛豫过程非常类似于玻璃体系的老化(aging)现象。 该工作发表在 Phys. Rev. E 85, 051311 (2012).  ( PDF )

图:拟合(a)取向序参量以及(b)堆积密度在振动条件下的演化。




不同长宽比的棍状颗粒的堆积结构

        我们利用同步辐射X射线同轴相衬成像技术,对一系列不同长宽比的棍状颗粒堆积成像,研究了它们的微观结构,包括接触数、自由体积等,与颗粒形状的关系。 该工作发表在 Chinese Phys. B 23, 044501 (2014).  ( PDF )

图:不同长宽比的棍状颗粒堆及结构




椭球颗粒的堆积结构

        我们利用医用CT对椭球的随机堆积结构进行了研究。研究发现,颗粒形状的非球性引入了一个有效的颗粒大小多分散效应,从而可以将椭球堆积映射到一个多分散的球形颗粒堆积上。同时,颗粒的非球性或者大小多分散降低了体系的空间相关性,从而可以用一平均场模型——“颗粒中心模型(granocentric model)”——来描述堆积结构。这项工作为今后研究更复杂的各向异性颗粒的堆积打下了基础并提出了一个可能的研究方向。 该工作发表在 Soft Matter 10, 990 (2014).  ( PDF )

图:椭球局部接触及多分散球状颗粒模型示意图