மேஜிக் சாண்ட் என்றால் என்ன?

மணல் ஒரு கண்கவர் பொருள். இது ஒரு திரவத்தைப் போல பாய்ந்து ஊற்றப் பயன்படலாம், ஆனால் திடப்பொருட்களின் பல பண்புகளைத் இது தக்க வைத்துக் கொண்டுள்ளது. குழாய்களை அடைக்கிறது , மணல் திட்டுகளை உருவாக்குகிறது. மணல் போன்ற சிறிய துகள்களின் ஒன்றுகூடிய பண்பு கிரானுளர் இயற்பியல் (granular physics) என அழைக்கப்படுகிறது. இது தானியங்கள், அரிசி, பொடிகள் மற்றும் மணல் போன்ற பண்புகள் கொண்ட பல பொருட்களைக் கையாள்வதற்கும் அவற்றின் பயன்களை புரிந்துகொள்வதற்கும் பயன்படுத்தபடுகிறது.

டோக்கியோ பெருநகர பல்கலைக்கழகத்தின் உதவி பேராசிரியர் மேரி டானி மற்றும் பேராசிரியர் ரெய் குரிட்டா தலைமையிலான குழு சிலிகான் பூசப்பட்ட “மேஜிக் சாண்ட்” ஆய்வு செய்துள்ளது. மேஜிக் சாண்ட் என்பது குழந்தைகளின் பொம்மை மற்றும் சாதாரண மணல் ஆகியவற்றின் கலவையாகும். இதன் பண்புகளை ஆராயும்போது, சிலிகான் பூசப்பட்ட மணல் துகள்கள் அவற்றுடன் மட்டுமே தொடர்பு கொள்கின்றன, மற்ற மணல் துகள்களுடன் அல்ல என்பதை கண்டறிந்தனர். ஒரு குறிப்பிட்ட எல்லைக்கு அப்பால் சிலிகான் பூசப்பட்ட மணலைச் சேர்ப்பது திரள் மற்றும் விறைப்பு ஆகியவற்றின் பண்புகளில் திடீர் மாற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது, இது சிறிய பொருட்களை உருவாக்கும் தொழில்துறைக்கு மிகப் பெரிய மாற்ரூ பொருளாகும்.

மணல் ஈரமாகும்போது என்ன ஆகும் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வு செய்து வருகின்றனர். உதாரணமாக, கடற்கரை மணல் முற்றிலும் வித்தியாசமாக நடந்து கொள்கிறது என்பது அனைவரும் அறிந்ததே; மணல் வறண்ட நிலையில் இருக்கும்போது போது மணல் அரண்மனைகள் கட்ட உதவுகிறது. “மாய மணல்” மற்றும் சாதாரண மணலை வெவ்வேறு விகிதங்களில் கலப்பதன் மூலம், ஈரமான மணல் திரவ பின்னங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை ஆய்வு செய்ய முடியும், அங்கு சில தானியங்கள் மட்டுமே காபில்லரி பாலங்கள் வழியாக இணைக்கப்படுகின்றன.

சலித்தல், அடர்த்தியை அளவிடுதல் மற்றும் மணல் மேடுகளை உருவாக்குதல் ஆகிய மூன்று முறைகளைப் பயன்படுத்தி, சாதாரண மணலுக்கான மாய மணலின் பின்னம் 20% ஐத் தாண்டும் போது கலவையின் இயந்திர பண்புகள் வெகுவாக மாறுகின்றன என்பதைக் கண்டறிந்தனர். இது பெர்கோலேஷன் கோட்பாட்டின் கண்டுபிடிப்புகளுடன் உடன்பட்டது, இது துகள்களுக்கு இடையிலான தொடர்புகள் எந்த முறிவுகளும் இல்லாமல் இடத்தை எவ்வாறு விரிவுபடுத்துகிறது என்பதை நிர்வகிக்கிறது, மணல் கலவையானது கணிசமாக மிகவும் திடமான முறையில் நடந்து கொள்ளவும் அதன் சொந்த எடையை தாங்கவும் அனுமதிக்கிறது. இந்த நடத்தை பலபடிம ஜெல் (polymer gel) பற்றி அறியப் பயன்படுகிறது, மேலும் முற்றிலும் வேறுபட்ட பொருட்களுக்கு பயன்படுத்தப்படும் அணுகுமுறைகளை ஒன்றிணைக்க உதவுகிறது.

இந்த குழு, கலவைகள் எளிதில் மாற்றியமைக்கக்கூடிய இயந்திர பண்புகளையும் வெளிப்படுத்துகிறது என்பதை நிரூபிக்கிறது. முக்கியமாக, இந்த முறை க்ரானுல்ஸ் இயற்பியலை ஆராய புதிய, வசதியான, துல்லியமான மற்றும் தகவலறிந்த வழியை வழங்குகிறது, மேலும் எதிர்கால ஆய்வுகளில் விஞ்ஞானிகளுக்கு இது புதிய அணுகுமுறையாக உள்ளது.

Reference:

1. Zhongming, Z., Linong, L., Wangqiang, Z., & Wei, L. (2021). ” Magic sand” might help us understand the physics of granular matter.
2. Karmakar, S., Sane, A., Bhattacharya, S., & Ghosh, S. (2017). Mechanics of a granular skin. Physical Review E, 95(4), 042903.
3. Xiao, Y., Sun, Y., Liu, H., & Yin, F. (2016). Critical state behaviors of a coarse granular soil under generalized stress conditions. Granular Matter, 18(2), 17.