破裂的人造岩石有助于破解一个 54 年的谜团

普林斯顿大学的研究人员解决了一个长达 54 年的谜题，即为什么某些流体在流经多孔材料(如土壤和沉积岩)时会在压力下奇怪地减速。这些发现有助于改进能源、环境和工业领域的许多重要过程，从石油回收到地下水修复。

所讨论的流体称为聚合物溶液。这些解决方案——日常的例子包括美容霜和我们鼻子里的粘液——包含溶解的聚合物，或由具有许多重复亚基的大分子组成的材料。通常，当它们处于压力之下时，聚合物溶液变得不那么粘稠并且流动得更快。但是，当穿过具有许多小孔和通道的材料时，溶液往往变得更加粘稠和粘稠，从而降低了它们的流速。

为了找到问题的根源，普林斯顿大学的研究人员设计了一项创新实验，使用由微小玻璃珠(一种透明的人造岩石)制成的透明多孔介质。这种透明介质使研究人员能够可视化聚合物溶液的运动。实验表明，多孔介质中粘度的长期增加是因为聚合物溶液的流动变得混乱，就像飞机上的湍流空气一样，旋转到自身并粘住了作品。

“令人惊讶的是，直到现在，还无法预测在多孔介质中流动的聚合物溶液的粘度，”普林斯顿化学和生物工程助理教授、该研究的资深作者Sujit Datta说，他于 11 月 5 日发表在杂志科学进展。“但在这篇论文中，我们现在终于证明了这些预测是可以做出的，因此我们找到了半个多世纪以来一直困扰研究人员的问题的答案。”

“通过这项研究，当聚合物溶液被泵入时，我们终于能够准确地看到地下或其他不透明多孔介质中发生的情况，”博士克里斯托弗布朗说。达塔实验室的学生和论文的主要作者。

布朗进行了实验并建造了实验装置，一个小的矩形室，随机填充了微小的硼硅酸盐玻璃珠。该装置类似于人造沉积岩，其长度只有小指的一半左右。布朗将一种常见的聚合物溶液注入这块人造岩石中，其中掺有荧光乳胶微粒，以帮助观察溶液在珠子周围的流动。研究人员配制了聚合物溶液，因此材料的折射率抵消了珠子的光失真，并使整个装置在饱和时变得透明。Datta 的实验室创新地使用这种技术来创造透明土壤，以研究应对农业干旱的方法以及其他调查。

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