物理学家首次通过实验观察到了带电胶体粒子混合物中的巴西坚果效应

乌得勒支大学和华沙大学物理学院的物理学家首次通过实验观察到了带电胶体粒子混合物中的巴西坚果效应。直到现在，人们还认为需要大量的外部能量才能产生这种效果——但研究人员能够确认该过程可以自发发生。该研究结果发表在国家科学院院刊 (PNAS)上，可以在从地质学到软物质物理学的广泛领域中找到应用。

你肯定曾经摇晃一袋打开的混合坚果。您是否注意到，经过这样的程序后，混合物中最大的坚果——巴西坚果——浮到了顶部?大物体上升到小物体混合物表面的现象，专业名称为颗粒对流，通常被称为“巴西坚果效应”，在自然界中很常见。它也可以通过摇动来观察，例如，一桶沙子和鹅卵石。

这种不寻常的效果与较重的物体由于重力和惯性力应该沉入底部的直觉相矛盾。自然界中常见的沉降现象就是这种情况，该过程涉及分散在液体中的固体颗粒在重力或惯性力的影响下下沉。沉淀作用在沉积岩形成等过程中发挥作用，也用于净化水和废水或从血液中分离细胞。

带电胶体中的巴西坚果效应

直到现在，人们还认为需要外部能量的流入，例如摇动袋子，才能产生巴西坚果效应。然而，正在开发的理论模型表明，这种现象可以在没有外部能量供应的情况下自发发生。来自乌得勒支大学和华沙大学物理学院的一组实验和理论物理学家首次通过实验证实了理论计算。该研究结果发表在国家科学院院刊 (PNAS)上的一篇论文中). - 我们已经表明，巴西坚果效应可以发生在仅由布朗运动和电荷排斥驱动的带电胶体粒子的混合物中，华沙大学物理学院的 Jeffrey Everts 强调说，他在乌得勒支大学理论物理研究所的 René van Roij 对实验进行了理论计算。Marjolein van der Linden 在乌得勒支大学德拜纳米材料科学研究所的 Alfons van Blaaderen 的指导下工作，负责该研究的实验部分。

胶体混合物

研究人员使用不同直径(大和小)的带电聚甲基丙烯酸甲酯颗粒进行实验。低极性溶剂环己基溴用作分散剂。

正如研究人员指出的那样，尽管在颗粒状(例如坚果)和胶体混合物中都会发生“巴西坚果效应”，但其形成机制完全不同。在坚果混合物的情况下，由于摇动，较小的坚果会填充底部产生的空隙，将较大的坚果推到顶部。同时，胶体中的带电粒子由于与周围溶剂分子碰撞而产生布朗运动。– 每个粒子都带正电。Jeffrey Everts 解释说，较重但较大的粒子具有更大的电荷，因此它们相互排斥的力更强，使它们比较小但较轻的粒子更容易向上移动。

胶体粒子混合物中“巴西坚果效应”的发现可用于从地质学到软物质物理学的许多领域。它还可以在工业上找到应用，例如油漆和油墨的稳定性。

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