物理学者たちは「永遠の泡」を作りました。

石鹸滴を吹くと、私は子供を喜ばせることができません。 おそらくその泡は本質的に一時的で、数分で爆発するからです。 フランスの物理学者たちは、プラスチック粒子、グリセロール、水で「永遠の泡」を作ることに成功したと言います。 新しい紙 Physical Review Fluids ジャーナルに掲載されました。 彼らが作った最も長い泡は、なんと465日間生き残り​​ました。

泡は長い間物理学者を魅了してきました。 たとえば、2016年のフランス物理学者 運動 石鹸水が石鹸水に噴射されるときに石鹸液滴がどのように形成されるかについての正確なメカニズムの理論的モデル研究者らは、気泡が特定の速度以上で形成され、これは、空気ジェットの幅に応じて変化することを発見した。

2018年、 我々は報告した ニューヨーク大学のApplied Math Labの数学者が、薄い石鹸水を用いた一連の実験に基づいて完璧な泡を吹き付ける方法を微調整した方法について説明します。 数学者は、周囲が1.5インチ（3.8cm）の円形の棒を使用し、一貫した毎秒2.7インチ（6.9cm / s）の速度で滑らかに吹くのが最善であると結論しました。 より速い速度で吹くと泡が飛び出る。 小さいか大きい棒を使用しても同じことが起こります。

そして2020年、 物理学者決定 巨大な気泡を作る重要な成分は、様々な鎖長のポリマーを混合することです。 それは石鹸のフィルムを作り出します。 十分に薄く伸ばす 壊れずに巨大な泡を作ること。 ポリマーストランドは、ヘアボールのように絡み合って、より長いストランドを形成して壊れないようにします。 正しい組み合わせで、ポリマーは石鹸フィルムが粘性があるが伸縮性のある「欠点」に達することを保証します。 あまり伸縮性がなく、引き裂かれません。 ポリマーストランドの長さを変えると、より強固な石鹸フィルムが得られる。

科学者はまた、泡の寿命を延ばすことに興味があります。 気泡は自然に球形の形をとります。 非常に薄い液体スキンで囲まれた空気の体積は、泡の各気泡を近隣から隔離する。 気泡は分子引力で発生する力である表面張力現象により気泡が形成される。 表面積が大きいほど、所与の形状を維持するためにより多くのエネルギーが必要となるため、気泡は表面積が最小の形状である球を取ろうとします。

しかし、ほとんどの気泡は標準的な雰囲気で数分以内に爆発します。 時間の経過とともに、重力によって徐々に液体が下方に排出され、同時に液体成分がゆっくりと蒸発する。 液体の量が減少するにつれて、泡の「壁」は非常に薄くなり、泡の小さな泡はより大きな泡に結合される。 この二つの効果の組み合わせを「粗さ」といいます。 ある種の界面活性剤を加えると、泡を分離する薄い液膜壁が強化され、泡が崩れることから表面張力を維持する。 しかし、最終的に避けられないことは常に発生します。

2017年フランス物理学者 それを発見 プラスチック微小球で作られた球状シェルは、圧縮ガスを小さな体積で貯蔵することができます。 物理学者たちはその物体を「気体ビーズ」と呼んだ。 オブジェクトはいわゆる液体ビーズに関連しています。 液滴は微細な液体反発ビーズでコーティングされており、それは壊れずに硬い表面で転がることができます。 ガスビーズの機械的性質はいくつかの研究の主題でしたが、誰もビーズの寿命を調べるための実験をしませんでした。

それで、ライル大学のアイメリック・ルークスと何人かの同僚がそのギャップを埋めることにしました。 彼らは3つの異なる種類の泡を試しました。 標準石鹸の泡、水を使用して作られたガスビーズ、水とグリセロールで作られたガスビーズです。 ガスビーズを作るために、Rouxは et al。 顆粒状のいかだを形成するために、一緒に集まった水槽の表面にプラスチック粒子を広げます。 その後、研究者は、いかだの直下にシリンジで少量の空気を注入して気泡を形成し、スプーンを使用して各気泡の全面がプラスチック粒子でコーティングされるまで、いかだの上に気泡を押し込みます。

標準的な石鹸の液滴は、予想通り1分以内に飛び出します。 しかし、ルー 他。 プラスチック粒子コーティングが6〜60分で崩壊した水性ガスビーズの排水プロセスをかなり中和したことがわかりました。 さらに寿命を延ばすために、研究者は蒸発を中和する必要がありました。

だから彼らは水にグリセロールを加えた。 著者によると、グリセロールは高濃度のヒドロキシル基を有し、それは水分子と強い親和性を有し、強い水素結合を生成する。 したがって、グリセロールは空気中の水をよりよく吸収し、蒸発を補償する。 水/グリセロールガスビーズは5週間から465日まではるかに長く持続し、研究者が最適な水対グリセロール比を決定できるようにすることで、寿命の長いガスビーズのための完璧な方法を決定することができました。

研究者の仕事は泡を超えて拡張されます。 彼らはまた、詰まったプラスチック粒子の層で覆われた液体表面の下に金属フレームを浸し、頑丈な複合液体フィルムを作り、他の物体に成形することができました。 フレームは、粒子がコーティングされたフィルムを表面にゆっくりと持ち上げながら捕捉した。 最も顕著なのはル 他。 彼らは水/グリセロール液体フィルムから3Dピラミッド形状を作ることができました。 ピラミッドは378日以上続きました。

DOI：物理的レビュー流体、2022年。 10.1103/PhysRevFluids.7.L011601 （DOI情報）。

A. Roux 他のリスト画像、2022