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      確定泡沫如何簡單崩潰的兩種不同的物理機(jī)制
      
			
      
				2019-07-20 09:19:50
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      來自東京都立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了泡沫可以坍塌的兩種不同機(jī)制，可以深入了解工業(yè)材料中泡沫破裂的預(yù)防/加速，例如食品，化妝品，絕緣材料和儲存的化學(xué)品。當(dāng)氣泡破裂時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)坍塌事件通過后退薄膜的沖擊而傳播，微小的散射液滴破壞其他氣泡。確定哪種機(jī)制在不同泡沫中占主導(dǎo)地位可能有助于針對特定應(yīng)用定制它們。
      

      確定泡沫如何簡單崩潰的兩種不同的物理機(jī)制
      

      泡沫在各種工業(yè)產(chǎn)品中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，包括食品，飲料，藥品，清潔產(chǎn)品和化妝品。它們具有材料應(yīng)用，如建筑隔熱，飛機(jī)內(nèi)飾和阻燃屏障。它們也可能是運(yùn)輸過程中儲存化學(xué)品中發(fā)泡產(chǎn)品的不需要的特性。從科學(xué)的角度來看，它們也構(gòu)成了一種獨(dú)特的物質(zhì)形式，在作用于構(gòu)成其結(jié)構(gòu)的液膜網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)力與被困內(nèi)部的氣體壓力之間取得了良好的平衡。了解泡沫的行為方式可能會產(chǎn)生新的物理見解，以及更好的使用方法。
      

      Naoya Yanagisawa和Rei Kurita副教授開始觀察泡沫是如何崩潰的。他們采用水，甘油和普通表面活性劑(薄膜穩(wěn)定劑)的溶液，并在兩塊玻璃之間形成一個(gè)二維泡沫。使用超快速相機(jī)和針頭，他們能夠可控制地破壞泡沫筏邊緣的氣泡并觀察集體氣泡坍塌(CBC)。他們確定了兩種不同的方式，其中一個(gè)氣泡在邊緣處的破裂導(dǎo)致其周圍的級聯(lián)破裂事件，由于破碎的氣泡薄膜吸收到周圍的液體薄膜中的傳播模式，以及“穿透”模式由于破裂事件中的液滴飛走而破壞了其他氣泡。
      

      隨著研究人員改變了膠片中的水量，他們確定了氣泡如何在微觀水平上反應(yīng)的幾個(gè)關(guān)鍵趨勢。例如，他們發(fā)現(xiàn)泡沫中的液體更多，導(dǎo)致更慢的液滴釋放，這些液滴不能穿透周圍的薄膜。這與氣泡坍塌次數(shù)急劇下降有關(guān); 因此，CBC在徹底的崩潰模式中得到了至關(guān)重要的支持。液滴速度由膠片退去的速度決定; 發(fā)現(xiàn)該流速與滲透壓成比例薄膜的厚度，即與泡沫接觸的液體被驅(qū)入薄膜網(wǎng)絡(luò)的壓力。該團(tuán)隊(duì)表明，Navier-Stokes方程，描述流體如何隨時(shí)間變化的關(guān)鍵關(guān)系，可用于解釋這些趨勢。
      

      一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，改變流體的粘度不會導(dǎo)致破裂氣泡數(shù)量的顯著變化。穩(wěn)定泡沫的方法通常依賴于改變粘度，但團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果清楚地顯示了氣泡坍塌的數(shù)量和后退膜的速度是如何不受影響的。與滲透模式所起的主導(dǎo)作用相結(jié)合，未來防止泡沫破裂的策略可能轉(zhuǎn)而專注于組合多種表面活性劑以使薄膜更耐受液滴沖擊。
      
			

			
        
      
			
      
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