To distinkte fysiske mekanismer identificeret for, hvordan simple skum kollapser

Skum er allestedsnærværende i vores daglige liv, fra boblerne i vores øl til skummet på vores tandpasta. De bruges også i en lang række industrielle anvendelser, såsom fødevareforarbejdning, kosmetik og farmaceutiske produkter.

Stabiliteten af ​​skum er en kritisk faktor i mange af disse applikationer. Hvis et skum kollapser for hurtigt, kan det miste sin funktion eller endda blive farligt. For eksempel skal skummet i en ildslukker være stabilt nok til at kvæle flammerne, mens skummet i en barbercreme skal kunne holde formen længe nok til, at brugeren kan påføre det ansigtet.

På trods af deres betydning er de mekanismer, hvorved skum kollapser, ikke fuldt ud forstået. Dette skyldes til dels, at skum er komplekse systemer, der kan påvirkes af en række forskellige faktorer, såsom væskens overfladespænding, væskens viskositet og tilstedeværelsen af ​​overfladeaktive stoffer.

I en ny undersøgelse har forskere ved University of California, Santa Barbara identificeret to forskellige fysiske mekanismer for, hvordan simple skum kollapser. Den første mekanisme kaldes "dræning og kollaps", og den opstår, når væsken i skummet dræner væk fra boblerne, hvilket får dem til at kollapse. Den anden mekanisme kaldes "boblesammensmeltning", og den opstår, når to eller flere bobler smelter sammen for at danne en større boble.

Forskerne fandt ud af, at den relative betydning af disse to mekanismer afhænger af skummets egenskaber. For skum med høj overfladespænding er dræning og kollaps den dominerende mekanisme. For skum med lav overfladespænding er boblesammensmeltning den dominerende mekanisme.

Holdets resultater kan føre til nye måder at kontrollere stabiliteten af ​​skum på. For eksempel, ved at tilsætte et overfladeaktivt middel til et skum, kan det være muligt at reducere overfladespændingen og øge stabiliteten af ​​skummet.

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters.

Abstrakt

Vi identificerer to distinkte fysiske mekanismer for kollaps af simple skum:dræning og kollaps og boblesammensmeltning. Dræning og kollaps opstår, når væske dræner fra skummet, hvilket får boblerne til at kollapse. Boblesammensmeltning opstår, når to eller flere bobler smelter sammen og danner en større boble. Vi finder, at den relative betydning af disse to mekanismer afhænger af skummets egenskaber. For skum med høj overfladespænding er dræning og kollaps den dominerende mekanisme. For skum med lav overfladespænding er boblesammensmeltning den dominerende mekanisme. Vores resultater giver en grundlæggende forståelse af, hvordan simple skum kollapser og kan føre til nye måder at kontrollere stabiliteten af ​​skum på.