Сапунени мехури; газови мрамори на водна основа; и водно-глицеринови газови мрамори. (Roux et. al., Phys. Rev. Fluids, 2022) Когато си помислите за думата „ефимерен“, много хора веднага ще си представят образа на сапунен мехур: деликатен, прекрасен и изчезнал за миг (или може би няколко).
Сега екип от физици, ръководен от Аймерик Ру от университета в Лил във Франция, се противопостави на това клише, създавайки балон, който запази формата си за рекордните 465 дни.
Въпреки че може би не е толкова красива, колкото блестящите, променящи се преливания насапунени мехури, творение на екипа, направено с помощта на глицерин (известен още като глицерол ) може да помогне на учените да разработят нови материали, като пяна и филми.
„Показваме, че покриването на мехурчеста водна обвивка с микрочастици възпрепятства дренажа, предизвикан от гравитацията, и че по-нататъшното добавяне на глицерол води до стабилно състояние, при което изпарението на водата се уравновесява от хигроскопичността на глицерола, който абсорбира водните молекули, съдържащи се в околния въздух,“ те пишат във вестника си .
„Това води до мехурчета, които могат да запазят целостта си в стандартна атмосфера за повече от една година, без значителна еволюция на техния радиус.“
Като цяло има три неща, които допринасят за краткия живот на балон в атмосферна среда. Гравитацията може да източи материал от мехурчестата мембрана; изпарението може да намали количеството на наличната течност; и самото присъствие на малки ядра във въздуха може да дестабилизира всичко.
За да видят дали могат да удължат живота на балона, екипът се обърна към скорошно изобретение, наречено ' газови мрамори '. Това са газови мехурчета, чиито черупки са направени от течни и частично омокрящи се частици, заобиколени от околния газ.
Частиците, обикновено вид полимер или пластмаса, позволяват на мраморите да запазят структурната цялост дори при допир.
Ру и колегите искаха да видят дали могат да накарат газов мрамор да остане непокътнат за дълъг период от време, така че експериментираха с различни видове мехурчета. Сапунените мехурчета бяха включени като точка за сравнение и екипът също конструира газови топчета от найлонови частици и вода, и найлонови частици и смес от вода и глицерол.
Сапунените мехури естествено не се задържаха дълго – не повече от минута. Газовите мрамори на водна основа се представиха по-добре, като оцеляха за продължителност между 6 и 60 минути.
Глицерол-водните мрамори, от друга страна, оцеляха невероятно дълго време, повече от 101 дни, като най-дългото издържа цели 465 дни.
Това, отбелязва екипът, е резултат от добавянето на глицерол. Това вещество е хигроскопичен материал – тоест лесно и лесно абсорбира влагата от околната среда или атмосферата.
Найлоновите частици предотвратяват гравитационното оттичане на балонната мембрана; глицеролът, абсорбирайки влагата от атмосферата, допълва тази, която се изпарява. Тъй като тези две явления се неутрализират, балонът също става непроницаем за пукане от онези досадни газови ядра, които ритат във въздуха.
Това е, което позволи на балона да запази структурата си за толкова дълги периоди.
„Ние показахме, че въздушни мехурчета, които запазват целостта си за повече от една година, могат да бъдат произведени по лесен начин чрез замяна на повърхностно активни вещества с частично омокрящи частици и вода със смес вода/глицерол,“ пишат изследователите .
Екипът също конструира подробен модел на свойствата на материала и използва този модел, за да създаде други структури, като пирамида, опъната върху метална рамка, като я потапя в материала и бавно я повдига. Поне една от пирамидите, създадени от екипа, е оцеляла 378 дни по времето, когато са написали статията.
Тези забележителни постижения предполагат, че цял нов клас обекти могат да бъдат създадени от тази смес от материали, отбелязват изследователите – с физични и химични свойства, които тепърва предстои да открием.
Изследването е публикувано в Течности за физически преглед .