物理学家创造了“永恒的气泡”

吹肥皂泡总是能让内心的孩子高兴，也许是因为它们本质上是短暂的，几分钟后就会破裂。 现在，法国物理学家已经成功地创造了塑料、甘油和水分子的“永恒气泡”，根据 新文章 发表在《物理评论流体》杂志上。 他们建造的最长泡沫持续了 465 天。

气泡一直让物理学家着迷。 例如，2016 年的法国物理学家 我练习了 当空气射流撞击肥皂膜时肥皂泡如何形成的确切机制的理论模型。 研究人员发现气泡仅在一定速度以上才会形成，而这又取决于空气喷射的宽度。

2018年， 通知我们 关于纽约大学应用数学实验室的数学家如何根据薄膜和肥皂的一系列实验微调如何吹出理想的气泡。 数学家得出结论，最好使用周长为 1.5 英寸（3.8 厘米）的圆形棒，并以每秒 2.7 英寸（6.9 厘米/秒）的速度轻轻吹气。 以更高的速度吹气，气泡就会破裂。 如果你使用更小或更大的棍子，同样的事情也会发生。

而在 2020 年， 物理学家决定 产生巨型气泡的关键组成部分之一是混合不同链长的聚合物。 生产出能够做到这一点的肥皂膜 拉伸足够薄 制造一个巨大的泡沫而不破裂。 聚合物股线像毛球一样缠结在一起，形成更长的股线，您不想解开。 在正确的组合中，聚合物可以让肥皂膜到达粘性但也可拉伸的“最佳位置”——只是没有弹性到撕裂。 改变聚合物长丝的长度会产生更稳定的皂膜。

科学家们也对延长气泡的寿命感兴趣。 气泡自然呈球状：大量空气覆盖在非常薄的液体表皮中，将泡沫中的每个气泡与其相邻的气泡隔离开来。 气泡的几何风格归因于表面张力现象，即由分子吸引力产生的力。 表面积越高，维持特定形状所需的能量就越多，这就是为什么气泡会努力采用表面积最小的形状：球体。

然而，在正常大气中，大多数气泡会在几分钟内破裂。 随着时间的推移，重力使液体逐渐向下排出，同时液体成分慢慢蒸发。 随着液体量的减少，气泡的“壁”变得很薄，泡沫中的小气泡结合形成更大的气泡。 这两种效果的组合称为“粗糙度”。 添加一种表面活性剂通过加强将它们分开的液体薄膜的壁来防止表面张力使气泡破裂。 但最终，不可避免的事情总会发生。

2017 年，法国物理学家 找到了 由微塑料颗粒制成的球帽可以以小体积存储压缩气体。 物理学家称这些物体为“气球”。 物体与所谓的液体弹珠有关——液滴涂有微小的耐液体颗粒，可以滚动到固体表面而不会破裂。 虽然气体大理石的力学性能一直是许多研究的主题，但没有人进行过实验来探索大理石的寿命。

因此，里尔大学的 Emrick Rowe 和几位同事决定填补这一空白。 他们尝试了三种不同类型的气泡：标准肥皂泡、用水制成的气体弹珠，以及用水和甘油制成的气体弹珠。 为了制作自己的气球，Roo 等。 塑料颗粒散布在水浴的表面上，它们聚集在一起形成颗粒状的筏子。 然后研究人员在筏子下方用注射器注入少量空气以形成气泡，并用勺子将气泡推到筏子上，直到每个气泡的表面完全被塑料颗粒覆盖。

正如预期的那样，标准的肥皂泡在一分钟左右就会破裂。 但是罗 和别的. 他发现塑料颗粒涂层显着抵消了水基气球的排水过程，水基气球在 6 到 60 分钟之间坍塌。 为了进一步延长寿命，研究人员还需要中和蒸发。

所以他们在水中加入了甘油。 据作者介绍，甘油含有高浓度的羟基，而羟基又与水分子具有很强的亲和力，从而导致形成强氢键。 所以甘油比空气更能吸收水，从而补偿蒸发。 甘油水和气球的使用寿命明显更长：从 5 周到 465 天，这使研究人员能够确定水与甘油的最佳比例 – 长寿命气态大理石的理想配方。

研究人员的工作超越了气泡。 他们还能够通过将金属框架浸入覆盖有一层卡住塑料颗粒的液体表面下，制造出坚固的复合液体薄膜，并将它们塑造成不同的物体。 当它们被缓慢地提升到表面时，框架拾取了颗粒涂层薄膜。 最为显着地 和别的. 他们能够从液态水/甘油薄膜中构建出 3D 锥体形状。 金字塔持续了超过 378 天（而且数量还在增加）。

DOI：物理评论流体，2022 年。 10.1103/PhysRevFluids.7.L011601 (关于 DOI）。

A. Roux 等人的列表图片，2022 年