科学家解开了“巴西坚果”之谜，最大的坚果是如何上升到顶部的？科学家们首次捕捉到了颗粒材料中颗粒运动的复杂动态，有助于解释为什么混合坚果通常会看到较大的巴西坚果聚集在顶部。这些发现对那些面临这一现象挑战的行业具有重要影响，比如制药和采矿。很多人会有这样的经历，伸手到混合坚果的包装袋中，结果发现巴西坚果在顶部。类似的效应也可以在谷物盒中轻易观察到，较大的物品会上升到顶部。俗称为颗粒根据大小分离的这一现象称为“巴西坚果效应”，对于颗粒混合不均匀可能严重降低产品质量的行业也具有巨大影响。现在，位于曼彻斯特大学的科学家们首次利用时间分辨率的3D成像展示了巴西坚果是如何在一堆坚果中向上运动的。这项工作显示了颗粒形状在混合过程中的重要性。研究颗粒材料的一个常见困难是跟踪堆中内部颗粒的情况，这些颗粒无法轻易被看到。这项新的研究发表在《科学报告》杂志上，通过利用在亨利·罗伊斯研究所的新国家实验室X射线计算机断层扫描设施（NXCT）所提供的先进成像技术，取得了重大突破，有助于我们的理解。菲利普·威瑟斯研究教授表示：“在这项工作中，我们通过延时X射线计算机断层扫描追踪了巴西坚果和花生的运动，当包装被反复搅动时。这使我们首次看到巴西坚果如何越过花生向上升到顶部的过程。”团队记录下了独特的成像实验视频，展示了坚果混合物在3D中的时间演变。花生被看到向下渗透，而三个较大的巴西坚果被看到向上上升。第一个巴西坚果在70次剪切循环后达到床高的顶部的10%，其他两个巴西坚果在150次剪切循环后达到这一高度。剩余的巴西坚果似乎被困在底部，无法向上升起。该研究的主要作者帕梅什·加吉亚博士补充说：“关键在于巴西坚果的定向对其向上移动至关重要。我们发现，巴西坚果最初是水平的，但直到其向竖直轴旋转足够程度后才开始上升。到达表面后，它们又转为平行定向。”我们的研究突显了颗粒形状和定向在分离中的重要作用。此外，这种在3D中追踪运动的能力将开辟探索将分离混合物的新实验研究的道路，也将为更加真实的模拟和强大的预测模型打开大门。这将使我们更好地设计工业设备，减少大小不均匀，从而导致更均匀的混合物。这对许多行业至关重要，比如确保药片中活性成分的均匀分布，还有食品加工、采矿和建筑等领域。”先进材料是曼彻斯特大学的一个研究焦点，这是一些开创性发现、跨学科合作和跨行业合作的典范，正在应对地球面临的一些最大挑战。#研究焦点分享本发布，更多阅读。
