以上六個Script功能提供基本運作功能,若您的瀏覽器不支援此項功能,也不影響你閱讀本網站資訊。

首頁故事

「揉皺的鋁箔團內部自發出現的有序相」論文榮登Physical Review Letters期刊封面【2010.01.28秘書處】

「揉皺」一個看似平凡的動作,因此多數研究生都認為這是簡單的實驗,不值得、也不願意花時間研究。然而,本校物理系洪在明教授所領導的研究團隊,卻在幾乎都是大學部專題生(包括北京大學的交換生孫濟明)的組合之下,研究成果躍上國際舞台,大放異彩,榮登Physical Review Letters期刊封面。

在自然界,從奈米尺度的蛋白質摺疊,血球在組織中的擠進擠出、字紙簍裡寫壞的情書、車禍現場的車輛、到板塊擠壓造成的地表起伏,都是揉皺(crumpling)的現象。它和folding(YouTube上可以找到挑戰「用手來回的摺紙,不管紙張大小,很難摺超過八次」)、wrinkling(魚尾紋、人類大腦、沙皮狗、指紋和掌紋等)都有關連。被選為2009年最後一期PRL封面的這張照片(圖一),是文獻[4]的圖三。這個工作是洪教授和中研院物理所的胡宇光博士(洪教授的同學)合作,X-ray tomography用到的光源,是來自清華的好鄰居─同步輻射中心,洪教授團隊則負責發展分析數據需要用到的電腦程式。主要的結論是發現隨著揉皺力氣的增加,鋁箔球內部會逐漸出現一區區的有序排列(洪教授戲稱它為戰國七雄),這和液晶(lyotropic liquid crystals)在密度升高時出現lamellae相的機制類似,這個現象,有助於理解為何一個用手死命揉皺的紙團內部,仍會有將近80%的空氣。

洪教授談到,接下來的工作有兩個方向(主力仍然是大學生):(1)推廣到兩張以上的薄膜同時揉皺,這些薄膜可以是用釘書機在某些位置固定在一起的(模擬橡膠的硫化反應,所以釘書針的數目是個參數),也可以是完全分開的不同材料(模擬不同廠牌的汽車相撞時,個別損壞的程度,拿來配合他們提出的揉皺溫度理論;此時,皺摺長短和它們圍出來的小平面的面積大小會滿足類似Maxwell-Boltzmann分佈,因此揉皺過程可以比類成燒紅鐵棒插入水中的熱平衡問題);(2)探討異常堅硬、但是裡頭仍含有80%空隙的硬紙團(或其他材料),希望觀察它在更高壓下(手能施的最大壓力差不多是四個大氣壓,並計畫用一瓶只要400元,卻可以提供高達250大氣壓的高壓氮氣瓶來壓榨它)如何再度變小(例如壓力和紙團大小是否有第二個power law關係)?當紙團越來越小,可以預期戰國七雄(指內部那些有序的區域)最終難逃秦國統一天下的命運,那個時候,結構上的轉變是漸進的、還是劇烈的?

最後,洪教授強調主要功勞應該歸給林彥誌同學,和幾個本地生及大陸交換生的參與。另外,同仁施宙聰、林秀豪和中央大學物理系的陳培亮教授的寶貴意見,以及清大物理系地下室液態氮工廠的廖紹達和機械工廠的田振滿先生的技術支援,都是他們實驗能撐到今天的幕後功臣。當然,還要特別感謝理學院古煥球院長和物理系前系主任郭瑞年教授的雪中送炭和鼓勵,以及國科會的資助。

<<「揉皺的鋁箔團內部自發出現的有序相」論文榮登Physical Review Letters期刊封面>>