Wetenschappers hebben voor het eerst de complexe dynamiek van deeltjesbeweging in korrelige materialen vastgelegd, helpen verklaren waarom gemengde noten vaak de grotere paranoten bovenaan zien verzamelen. De bevindingen kunnen van vitaal belang zijn voor industrieën die worstelen met het fenomeen, zoals farmaceutica en mijnbouw.

Veel mensen zullen de ervaring hebben dat ze hun handen in een zak met gemengde noten dopen om de paranoten bovenaan te vinden. Dit effect kan ook gemakkelijk worden waargenomen bij graandozen, met de grotere items naar de top. Informeel, dit fenomeen van deeltjes die scheiden door hun grootte staat bekend als het 'paranoot-effect' en heeft ook enorme implicaties voor industrieën waar ongelijkmatige menging de productkwaliteit kritisch kan aantasten.

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, wetenschappers van de Universiteit van Manchester hebben in de tijd opgeloste 3D-beeldvorming gebruikt om te laten zien hoe de paranoten omhoog komen door een stapel noten. Het werk toont het belang van de deeltjesvorm in het ontmengingsproces.

Een veelvoorkomend probleem bij het onderzoeken van korrelige materialen is het volgen van wat er gebeurt met deeltjes aan de binnenkant van de stapel, die niet gemakkelijk te zien zijn. Dit nieuwe onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten maakt een belangrijke doorbraak in ons begrip door gebruik te maken van geavanceerde beeldvormingstechnieken in de nieuwe National Research Facility for Lab-based X-ray Computed Tomography (NXCT), gevestigd in het Henry Royce Instituut.

Regius Professor Philip Withers zei:"In dit werk, we volgden de beweging van de paranoten en pinda's door middel van time-lapse röntgencomputertomografie terwijl het peloton herhaaldelijk werd geroerd. Hierdoor konden we voor het eerst het proces zien waarbij de paranoten langs de pinda's bewegen om naar de top te stijgen."

Het team legde het unieke beeldvormende experiment vast op video en liet de temporele evolutie van het notenmengsel in 3D zien. Pinda's lijken naar beneden te sijpelen, terwijl drie grotere paranoten naar boven stijgen. De eerste paranoot bereikt de bovenste 10% van de bedhoogte na 70 afschuifcycli, terwijl de andere twee paranoten deze hoogte bereikten na 150 afschuifcycli. De resterende paranoten lijken naar de bodem vast te zitten en komen niet naar boven.

Dr. Parmesh Gajjar, hoofdauteur van de studie, voegt eraan toe:"Kritiek, de oriëntatie van de paranoot is de sleutel tot zijn opwaartse beweging. We hebben geconstateerd dat de paranoten in eerste instantie horizontaal beginnen, maar niet beginnen te stijgen totdat ze eerst voldoende naar de verticale as zijn gedraaid. Bij het bereiken van de oppervlakte, ze keren dan terug naar een vlakke oriëntatie.

"Onze studie benadrukt de belangrijke rol van deeltjesvorm en oriëntatie in segregatie. Verder, deze mogelijkheid om de beweging in 3D te volgen, zal de weg vrijmaken voor nieuwe experimentele studies van het scheiden van mengsels en zal de deur openen naar nog realistischere simulaties en krachtige voorspellende modellen. Dit stelt ons in staat om industriële apparatuur beter te ontwerpen om de scheiding van de grootte te minimaliseren, wat leidt tot meer uniforme mengsels. Dit is van cruciaal belang voor veel industrieën, bijvoorbeeld zorgen voor een gelijkmatige verdeling van actieve ingrediënten in medicinale tabletten, maar ook in de voedselverwerking, mijnbouw en bouw."