北京時間 1 月 24 日消息，據(jù)國外媒體報道，在近期的一項研究中，科學家使一個氣泡保持了驚人的 465 天，創(chuàng)造了此類物體的世界紀錄。
吹肥皂泡是一件能讓大人和小孩都感到開心的事情，也許是因為這些泡泡本質上是短暫的，幾秒鐘，最多幾分鐘后就會破裂。根據(jù)近期發(fā)表在《物理評論-流體》（Physical Review Fluids）雜志上的一篇新論文，法國物理學家已經(jīng)成功地用塑料顆粒、甘油和水創(chuàng)造了“永恒的氣泡”，其中保持時間最長的氣泡達到了 465 天。
長期以來，氣泡是物理學家們十分感興趣的課題。例如，2016 年，法國物理學家提出了一個理論模型，用來解釋噴射氣流撞擊皂膜時產(chǎn)生肥皂泡的確切機制。研究人員發(fā)現(xiàn)，氣泡只有在氣流超過一定速度時才會形成，而這個速度又取決于氣流的寬度。
本質上，皂膜是由液體（多數(shù)為水基液體，如肥皂泡）在空氣中形成的薄膜。例如，兩個肥皂泡接觸時，往往會融合成一個，而在中間形成薄膜。泡沫就是由許多皂膜連接而成的網(wǎng)絡狀結構。皂膜有兩層表面，由于表面張力，皂膜會使其表面積最小。
2018 年，美國紐約大學應用數(shù)學實驗室的數(shù)學家們利用很薄的皂膜進行了一系列實驗，確定了吹出完美氣泡的方法。他們得出的結論是，最好使用周長為 3.8 厘米的吹制環(huán)，并以穩(wěn)定的的速度（6.9 厘米 / 秒）輕輕吹氣。如果吹氣速度更高，氣泡就會破裂；如果用更小或更大的吹制環(huán)，氣泡也會很快破裂。
2020 年，物理學家確定，制造巨大氣泡的關鍵因素之一，是將不同鏈長的聚合物混合起來。這就產(chǎn)生了一種可以拉伸到足夠薄的皂膜，可以形成一個巨大的氣泡而不會破裂。聚合物鏈會纏繞在一起，就像一個毛球，形成不易分開的更長的鏈。在適當?shù)慕M合下，聚合物可以使皂膜達到一個“最佳點”，既有黏性又有彈性，不會因為伸展程度太大而撕裂。通過改變聚合物鏈的長度，可以獲得更“結實”的皂膜。
科學家們對延長氣泡的壽命也十分感興趣。氣泡自然地呈現(xiàn)球形：一定體積的氣體被非常薄的液體外殼包裹起來，使每個氣泡與相鄰的氣泡之間相互隔開。氣泡的幾何形狀取決于表面張力，這是一種液體分子之間的吸引力，一般比氣體分子之間和液體分子之間的吸引力更大。當表面積越大時，維持某個特定形狀所需的能量就越多，因此氣泡會呈現(xiàn)出表面積最小的形狀：球形。從數(shù)學的角度來看，皂膜可以視為極小曲面。
然而，在標準大氣中，大多數(shù)氣泡在幾分鐘內(nèi)就會破裂。隨著時間的推移，重力的作用逐漸使液體向下流動，與此同時，液體成分也會慢慢蒸發(fā)。隨著液體量的減少，氣泡的“壁”會變得非常薄，泡沫中的小氣泡逐漸結合成大氣泡。這兩種效應的結合稱為“粗化”。添加某種表面活性劑可以加強將氣泡隔開的液體薄膜壁，從而防止表面張力崩潰。但最終，泡沫仍會不可避免地破裂。
2017 年，法國物理學家發(fā)現(xiàn)，由塑料微球制成的球形外殼可以用很小的體積來儲存加壓氣體。物理學家把這種物體稱為“氣體彈珠”。這些物體與液體彈珠有關。所謂液體彈珠，是指液滴上包裹著一層微小的、不潤濕的珠子，可以在固體表面滾動而不會破裂。盡管氣體彈珠的力學性能是若干研究的主要對象，但迄今還沒有與氣體彈珠壽命有關的實驗。
于是，法國里爾大學的艾默里克?魯克斯及其同事決定填補這個空白。他們用三種不同的氣泡做實驗：標準的肥皂泡、用水制成的氣體彈珠，以及用水和甘油制成的氣體彈珠。魯克斯等人將塑料顆粒撒在水浴槽的表面，使其形成一個顆粒筏。然后，研究人員用注射器在顆粒筏下方注入少量空氣，形成氣泡；然后用一根勺子推動這些氣泡，直到每個氣泡的整個表面都覆蓋上塑料顆粒。
標準的肥皂泡在一分鐘左右就破裂了，正如預期的那樣。但魯克斯等人發(fā)現(xiàn)，塑料顆粒涂層顯著中和了水基氣體彈珠的排水過程；這些彈珠要經(jīng)過 6 到 60 分鐘才會坍塌。為了進一步延長壽命，研究人員還需要中和水分蒸發(fā)的過程。
因此，他們在水中加入了甘油。研究作者稱，甘油有高濃度的羥基，而羥基又與水分子有很強的親和力，可以形成很強的氫鍵。所以，甘油能從空氣中吸收更多的水分，從而補償氣泡水分的蒸發(fā)。水 / 甘油氣體彈珠的持續(xù)時間明顯更長，達到 5 周至 465 天，這使研究人員能夠調整水和甘油的最佳比例，最終獲得制造長壽命氣體彈珠的完美配方。
研究人員的工作甚至超出了氣泡的范圍。他們還創(chuàng)造出了結實的復合液體薄膜，并將金屬框架浸入液體表面下，使其形成不同的物體，并在液體表面覆蓋一層密集的塑料顆粒。在金屬框架緩慢上升到液體表面的過程中，會掛上一層到了覆蓋顆粒的薄膜。最值得注意的是，魯克斯等人在水 / 甘油液體薄膜上構建了一個三維的錐體?，F(xiàn)在，這個錐體已經(jīng)保持了 378 天（還在繼續(xù)）。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。