Ученые из Токийского столичного университета исследовали, как вспененный материал меняет свою структуру при добавлении на него капель воды, - пишет eurekalert.org.
Исследователи из Токийского столичного университета изучили динамику пены. Когда капля воды была добавлена на пенопласт, пузырьки перестраивались, чтобы достичь нового стабильного состояния. Команда обнаружила, что движение пузырьков качественно различается в зависимости от диапазона имеющихся размеров пузырьков. Эти открытия могут вдохновить ученых на разработку новых вспененных материалов для промышленности.
Мы каждый день окружены материалами, в составе которых есть пена, - будь то мыло и моющие средства, безе, пивная пена, косметика или изоляция для одежды и строительства. Пены применяются из-за преимуществ их уникальной структуры, поэтому понимание того, как эта структура может меняться с течением времени, так важно.
Группа под руководством профессора Рей Курита из Токийского столичного университета изучала жидкие пенки, например, те, которые сделаны с моющим средством и водой в домашних условиях. Им было интересно понять, как пузыри пены перестраиваются. В то время как предыдущие исследования обычно прикладывали силу к пене с помощью толчка сбоку, команда применила гораздо более щадящий метод добавления небольшого количества воды, сохраняя пузырьки, но изменяя условия – и этого было достаточно для того, чтобы пузырьки перестраивались и находили новый стабильное состояние. Благодаря этому стало намного проще увидеть, как тонкие внешние воздействия или возмущения приводят к небольшим изолированным событиям релаксации пузырей.
Зафиксировав, как пузыри перестраиваются, команда впервые показала, что перестановки принципиально различаются в зависимости от диапазона размеров пузырьков, присутствующих в пене. Когда пузырьки были примерно одинакового размера или монодисперсными, они образовывали гексагональные соты. После добавления воды пузырьки, которые двигались, имели тенденцию перемещаться в одном направлении на больших расстояниях, вдоль линий сот. И наоборот, когда было много мелких и крупных частиц, первоначальное расположение было гораздо менее упорядоченным. Перегруппировки в этой полидисперсной пене были случайными, при этом соседние пузырьки двигались во всех направлениях. Видеоролики позволили команде определить длину динамической корреляции, масштаб длины, по которому пузыри движутся в аналогичных направлениях. Отслеживание того, как эта длина изменяется в различных условиях, имеет решающее значение для помещения пеноматериалов в широкие рамки физики конденсированного состояния. Интересно, что уникальное коррелированное движение, наблюдаемое в гексагональной пене, не зависело от соприкосновения соседних пузырьков: им просто нужно было быть достаточно близко, чтобы сформировать хорошо упорядоченные узоры.
Команда продолжила сравнивать это поведение с моделированием
упаковки мягких частиц с различными диапазонами размеров. Они
обнаружили очень похожее поведение, ясно показывающее, что это не
причуда жидкой пены, а общая особенность слипшихся мягких частиц.
Такое понимание того, как пена реагирует на мельчайшие сигналы
окружающей среды, однажды может помочь понять, как пена остается
стабильной или текучей и как мягкие замятые материалы
обрабатываются в промышленных процессах.
[Фото: eurekalert.org]
