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聚酯薄膜起皺動力學機制揭示 紙張起皺、蛋白質折疊、地質斷層均為同理

時間:2018-11-21 14:56:48.0 來源:科技日報 作者:

  據英國《自然》旗下《通訊·物理》雜志近日在線發表的一項最新研究,美國哈佛大學一個研究團隊報告了聚酯薄膜起皺的動力學機制。該發現有助準確理解一個看似常見的未解之謎--紙張如何起皺變成一個紙球,而其相關原理可以惠及生物學的蛋白質折疊以及地震學的地質斷層等領域。

  把一張紙揉成一個紙球很簡單,也隨處可以見到。但是,這一過程背后的動力學機制卻非常之復雜。紙張起皺時會形成一個錯綜復雜的折痕網。雖然紙張會優先沿著已有折痕彎曲,但是除非折疊順序和之前一模一樣,否則紙張每一次起皺,都會形成新的折痕。迄今為止,科學家尚不清楚是否有可能預測一張平滑的紙起皺形成紙球的方式。

  此次,哈佛大學科學家奧馬爾·高特斯曼、舒摩兒·羅賓斯坦及其同事,反復地搓揉預先已被卷成圓柱體的單層聚酯薄膜(PET,是以聚對苯二甲酸乙二醇酯為原料,采用擠出法制成厚片,再經雙向拉伸制成的薄膜材料),再把它們攤平,然后分析折痕模式的變化。研究人員發現,無論該聚酯薄膜已被揉過多少次,或者已有的折痕模式結構如何,所有折痕的總長度不會隨機變化,而是以一種取決于某特定瞬間折痕長度的方式發生變化。

  鑒于此,研究團隊得以定義一個可以表征一張聚酯薄膜"皺度"的量。

  研究人員認為,這項發現將可以提供一種模型,用以表征其他受幾何和機械約束的系統的動力學特征,這些系統包括蛋白質的折疊,以及可導致地震的地質斷層系統。

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