Мыльные пузыри могут быть ослепительно красивыми и занимательными, особенно если их создал хороший пузыреолог (bubbleologist) - человек, который профессионально делает мыльные пузыри. Шоу никогда не длится долго, так как пузыри лопаются в течение нескольких секунд или минут. Но не все пузыри такие эфемерные и хрупкие.
В новом исследовании учёные из Франции описали, как они создали так называемый «вечный пузырь» из воды, глицерина и полимерных частиц. В соответствии со своим названием, самый прочный пузырь, созданный учёными, продержался и не лопался в течение ошеломляющих 465 дней, что вполне можно считать вечностью по сравнению с обычным мимолётным сроком существования мыльных пузырей. «Мыльные пузыри по своей сути хрупки и эфемерны, - написали авторы исследования в своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Fluids - Мы создаём пузыри из композитной жидкой плёнки, способной нейтрализовать все негативные эффекты и сохранять целостность более года в стандартной атмосфере».
Мыльные пузыри естественным образом принимают форму сферы из-за явления поверхностного натяжения, свойства поверхности жидкости, которое заставляет её вести себя, как натянутая эластичная мембрана. В данном случае жидкость представляет собой комбинацию воды и мыла, которая задерживает воздух внутри. Чем больше площадь поверхности, тем больше энергии требуется для поддержания любой заданной формы, поэтому пузырьки стремятся принять форму сферы - это трёхмерная структура с наименьшей площадью поверхности.
Однако хрупкое равновесие, обеспечивающее поверхностное натяжение, недолговечно в мыльных пузырях. По мере того как вода в мыльной плёнке испаряется, она становится всё тоньше и тоньше, пока поверхностное натяжение не исчезнет, и пузырь неизбежно лопается. Когда меньшие пузырьки сливаются, образуя большие пузыри, получающийся в результате пузырь становится более хрупким. Можно сделать «срок жизни» мыльных пузырей немного дольше, добавив определённые поверхностно-активные вещества, которые укрепляют тонкую плёнку жидкого мыла, но это только отсрочит неизбежное. Но не все пузыри такие эфемерные.
Фото: zmescience.com
В 2017 году исследователи продемонстрировали новый тип пузыря, известный как «газовый шарик» - капли жидкости, помещённые в тонкую оболочку из пластиковых микросфер. На создание этих «газовых шариков» учёных вдохновили «жидкие шарики», которые представляют собой капли жидкости, покрытые микроскопическими гидрофильными шариками. Оба типа конструкций очень стабильны и могут выдерживать относительно большое внешнее воздействие.
Например, «жидкие шарики» можно катать по твёрдой поверхности, не разбивая их, а «газовые шарики» в десять раз прочнее жидких. Эти интересные свойства позволяют «газовым шарикам» существовать намного дольше, чем мыльные пузыри, до того, как они лопнут, но до сих пор никто никогда не проверял, как долго они могут существовать.
Исследователи из Университета Лилля во Франции провели эксперимент, в котором они создали три разных типа пузырей: мыльные пузыри, газовые шарики на водной основе и газовые шарики на основе водного раствора глицерина. Глицерин - это соединение, содержащееся в мыле, которое хорошо связывается с молекулами воды. Мыльные пузыри, очевидно, были самыми нестабильными, они существовали менее минуты. Газовый шарик на водной основе продержался намного дольше, разрушаясь по прошествии 6...60 минут. Но водно-глицериновые шарики оказались безоговорочными победителями, оставаясь целыми гораздо дольше. Самый стойкий из них просуществовал 465 дней.
«Вечные пузырьки» обязаны своим колоссальным «сроком жизни» стабилизирующему действию глицерина, который может поглощать влагу из воздуха, чтобы компенсировать её количество, потерянное при испарении.
Между тем, крошечные частицы полимера предотвращают отток воды из оболочки шарика. Вместе оба эффекта объединяются, чтобы защитить пузырь от разрыва.
Фото: sci314.com
Допустим, что это довольно круто, но что хорошего в «вечном пузыре»? Учёные не указывали на какое-либо практическое применение этого исследования в своей работе. Однако, выразили предположение, что данные свойства могут найти некоторое применение в областях, где важно предотвратить испарение. Например, постоянное пузырьковое покрытие можно использовать для защиты некоторых медицинских аэрозолей и спреев, чтобы они дольше сохранялись в атмосфере.