Blandende bobler afslører, hvordan flydende skum udvikler sig

Skum findes overalt, i sæber og rengøringsmidler, marengs, øl skum, kosmetik og isolering til beklædning og bygning. Anvendelsen af ​​skum har en tendens til at drage fordel af deres unikke struktur, Derfor er det så vigtigt at forstå, hvordan deres struktur kan ændre sig over tid.

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har studeret dynamikken i skum. Når en dråbe vand blev tilføjet til en skumflåde, boblerne omarrangerede sig for at nå en ny stabil tilstand. Holdet fandt ud af, at boblebevægelsen var kvalitativt forskellig afhængigt af rækken af ​​boblestørrelser til stede. Sammen med analogier med blødstopede materialer, disse resultater kan inspirere til design af nye skummaterialer til industrien.

Holdet, ledet af prof. Rei Kurita fra Tokyo Metropolitan University, har studeret flydende skum som dem der er lavet med vaskemiddel og vand. De var interesserede i at forstå, hvordan boblerne i et skum omarrangerer sig selv. Mens tidligere undersøgelser sædvanligvis påførte skummet en kraft med et stik til siden, holdet tog den meget blidere metode til at tilføje en lille mængde vand, bevare boblerne, men ændre betingelserne nok til, at boblerne kan omarrangere sig selv og finde en ny stabil tilstand. Dette gjorde det meget lettere at se, hvordan subtile miljømæssige skubber eller forstyrrelser fører til små, isolerede bobleafslapningsbegivenheder.

Ved at filme boblerne, der omarrangerer sig selv, holdet viste for første gang, at omarrangeringer var fundamentalt forskellige afhængigt af rækken af ​​boblestørrelser i skummet. Når boblerne havde nogenlunde samme størrelse, eller monodispers, de arrangerede sig i en sekskantet, honningkagedannelse. Ved tilsætning af vand, boblerne, der bevægede sig, havde en tendens til at blande sig i samme retning over lange afstande, på linje med honningkagen. Omvendt da der var mange små og store partikler, det oprindelige arrangement var meget mindre ordnet. Omlejringer i dette polydisperse skum var tilfældige, med tilstødende bobler, der bevæger sig i alle mulige retninger. De videoer, de tog, tillod holdet at udtrække en dynamisk korrelationslængde, længdeskalaen over hvilken bobler bevæger sig i lignende retninger. At spore, hvordan denne længde ændrer sig under forskellige forhold, er afgørende for at placere skummaterialer inden for den brede ramme af kondenseret stofs fysik. Interessant nok, den unikke korrelerede bevægelse, der blev observeret i det sekskantede skum, var ikke afhængig af, at tilstødende bobler var i kontakt:de skulle simpelthen være tæt nok til at danne velordnede mønstre.

Holdet fortsatte med at sammenligne denne adfærd med simuleringer af pakninger af bløde partikler med forskellige størrelser. De fandt meget lignende adfærd, viser tydeligt, at dette ikke var et særpræg af flydende skum, men et generelt træk ved bløde partikler, der er blevet klemt sammen. Disse indsigter i, hvordan skum reagerer på de mest subtile miljømæssige signaler, kan en dag informere, hvordan skum holdes stabilt eller flydende, og hvordan bløde fastklemte materialer håndteres i industrielle processer.