pallorakenteista

Pallorakenteista on käsite, jota käytetään kuvaamaan pallomaisen aineen osien, kuten pienien pallojen, järjestäytymistä sekä siitä johtuvia rakenteellisia ja transportoivia ominaisuuksia. Sitä sovelletaan erityisesti materiaalitekniikassa, kolloidifysiikassa, geologiassa ja tippojen sekä rakeiden käsittelyyn liittyvissä sovelluksissa. Pallorakenteista kattaa sekä satunnaisesti että säännöllisesti järjestäytyneet pakkaukset ja niiden välinen siirtymätilaa tutkitaan.

Tyypillisesti pallorakenteista jaetaan satunnaisiin pakkauksiin sekä järjestäytyneisiin pakkauksiin. Satunnaisessa pakkauksessa pallojen tiheys on alhaisempi kuin järjestetyissä, ja porositeetti sekä kontaktiverkko ovat epäjärjestäytyneempiä. Esimerkkejä järjestäytyneistä pakkauksista ovat hexagonal close packing (HCP) ja face-centered cubic packing (FCC), joiden teoreettinen tiheys on enintään noin 0,740. Satunnaisessa ja osittain tiivistyneessä pakkauksessa tiheydet liikkuvat yleensä noin 0,55–0,64, mikä näkyy porositessa ja mekaanisissa ominaisuuksissa. Koordinaatioluku (kuntakohtien määrä) on satunnaisessa pakkauksessa noin 6, kun taas tiiviissä pakkauksessa se on usein noin 12.

Tutkimuksessa pallorakenteista käytetään kokeellisia tekniikoita, kuten röntgen- ja neutronitomografiaa, mikroskopiaa sekä valonlähteisiin perustuvia kuvausmenetelmiä. Numeraalisessa tutkimuksessa sovelletaan dioita, molekulaaridynaamista simulaatiota ja diskreetin elementtimenetelmää (DEM) tilavuuden ja kontaktiverkkojen selvittämiseksi.

Sovelluksia ovat esimerkiksi porakennematriisit, pähkinä- ja lääkeyrttien kappaleiden pakkaus, kerrosten valmistus, suodatus- ja katalyyttisovellukset sekä geotekniset ja lääketieteelliset käyttökohteet, joissa pallorakenne vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin, läpäisevyyteen ja massansiirtoon.