厚美瑛

中国科学院物理研究所

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厚美瑛 简介

简介

:

女,1952年生。1975年毕业于台湾大学物理系,1980年获美国哥伦比亚大学物理系博士学位.1986-1998年先后在美国普林斯顿(Princeton)大学物理系、印第安那(Indiana)大学化学系、法国原子能委员会国家实验室、加拿大Laval大学物理系、美国E & E等公司工作。现任中国科学院物理研究所研究员,博士生导师。

主要研究方向

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软凝聚态物理,颗粒物质的集团动力学性质的实验研究.

过去的主要工作及获得的成果

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主要工作在以下几个方面:

1.局域电场对颗粒流动行为起调控作用

实验研究了外加电场对颗粒流动行为的影响,当电场强度达到某一临界值时,电场对颗粒流动起阻碍作用,首次观察到并研究了颗粒流的稀疏流-密集流相转变以及颗粒流动自发密度波受电场作用波长改变等现象。

2.颗粒稀疏流到密集流的相转变研究

类似于交通流的瓶颈效应,颗粒流在槽宽变窄处也会出现瓶颈效应.对二维颗粒流实验观测得到二维颗粒流从稀疏流到密集流相转变的普适规律,揭示了“瓶颈效应”的物理本质。发现当初始稀疏颗粒流量固定,出口的尺寸减小到一临界值时;或固定出口的尺寸,颗粒流量增大到一临界值时,都会发生流量的突然减小,从稀疏流转变为密集流突变。此临界流量与出口尺寸、颗粒尺寸及通道宽度之间的普适标度关系。并且发现,在出口处颗粒的体积分数达到约0.65时,则发生稀疏流到密集流转变。这一规律对所有离散态物质流动具有普适性,如对人流、交通流、浮冰流,以及工农业生产中的离散物输运等。论文发表在Phys. Rev. Lett.。

3.振动使颗粒分聚,而不是混合均匀

无序颗粒物质的自发分聚现象是吸引物理学家研究的关注点之一。振动大小颗粒混合的颗粒体系,发生所谓的“巴西果效应”,即大小颗粒分层,大颗粒在上,小颗粒在下。但是长久以来人们对其形成机理并不十分清楚。美国的研究小组对“巴西果”或“反巴西果效应”的发生有不同的意见。厚美瑛和学生通过不同密度大球在不同尺寸颗粒床中振动的实验,系统研究了大球上升和下降的规律。发现当大球和颗粒密度比大于某临界值时,大球上升(巴西果效应),且上升速度随密度比增大呈幂次方变快;密度比小于此临界值时,则大球下降(反巴西果效应),下降速度随密度比减小呈幂次方变快。更重要的是,发现间歇气体的气压在“反巴西果”的形成中起关键作用。论文发表于Phys. Rev. Lett.(2003)。

4.颗粒体系的阻力研究

颗粒体系由于力链结构的非均匀性,体系的阻力描述较一般流体要复杂得多,厚美瑛研究组系统的研究了快速,慢速运动物体在颗粒床中的阻力形式,给出了运动方程,指出除了流体中的浮力,粘滞阻力外,颗粒体中还需考虑等效摩擦力和边界支撑力。

5.颗粒气体的速度分布律

作为非平衡体系经典模型,颗粒体系的统计描述一直是物理学家感兴趣的课题之一。与法国合作,在欧空局,法国航天局,中国航天局和科学院的支持下,利用失重飞机,返回式卫星等的微重力环境,实验研究宏观颗粒气体的速度分布律,分析还发现振动驱动的长程边界效应,这结果挑战现有颗粒固体的流体力学模型。

6.颗粒团聚现象研究

单仓聚集的相分离

与以色列Meerson教授合作理论研究了以气体分子相分离为模型建立颗粒气体聚集现象的相分离模型,以此解释颗粒气体所特有的团簇形成现象。

7.

双仓聚集的非线性行为研究

主要研究热点之一聚焦于双仓双分散颗粒聚集现象的非线性行为,发表了11篇SCI论文,其中两篇代表性论文发表在Phys. Rev. Lett.上:(1)Phys. Rev. Lett. 100, 068001(2008)。以“温度”振荡的概念解释双仓双分散颗粒振荡现象,将两种颗粒碰撞的不对称性考虑到温度模型中,提出双温度体系模型。 (2) Phys. Rev. Lett. 109, 198001 (2012)。研究发现,双仓双分散颗粒振荡行为还存在一种新的退化振荡现象(d-OSC态),此时较大的颗粒主要聚集在其中一仓内,只有很少一部分跟随较小的颗粒在双仓中振荡。OSC态对应于非线性振荡相平面上的单一极限环,而d-OSC态对应为中心对称的双极限环。通过实验研究证实了从OSC态到d-OSC态的转变是一种同宿轨道分岔行为。在研究中还发现,噪声在体系各态间的相互转变过程中有着显著的效应,其中在OSC态到d-OSC态的转变点附近,噪声会导致OSC态单一极限环上较近的两点之间或者d-OSC态的双极限环之间的跳跃,使得此两种振荡态无法被区别开来,形成一种低频发散的随机振荡现象。报道了二维同宿轨道分岔体系中的这种随机振荡现象.

8.声波在颗粒体系中的传播

声波在颗粒介质中主要是沿着力链结构传播,因此声波在颗粒介质中传播的速度、频率响应和幅度变化将可用来反映介质的力结构。研究了纵波波速随剪切应力的变化,并以颗粒固体流体动力学理论分析解释了实验结果;以此建立了直剪颗粒体系力结构的声波探测法,并给出了颗粒尺寸与容器尺寸对体系抗剪能力的影响。