确定泡沫如何简单崩溃的两种不同的物理机制

来自东京都立大学的研究人员发现了泡沫可以坍塌的两种不同机制，可以深入了解工业材料中泡沫破裂的预防/加速，例如食品，化妆品，绝缘材料和储存的化学品。当气泡破裂时，他们发现坍塌事件通过后退薄膜的冲击而传播，微小的散射液滴破坏其他气泡。确定哪种机制在不同泡沫中占主导地位可能有助于针对特定应用定制它们。

泡沫在各种工业产品中发挥着关键作用，包括食品，饮料，药品，清洁产品和化妆品。它们具有材料应用，如建筑隔热，飞机内饰和阻燃屏障。它们也可能是运输过程中储存化学品中发泡产品的不需要的特性。从科学的角度来看，它们也构成了一种独特的物质形式，在作用于构成其结构的液膜网络的复杂网络力与被困内部的气体压力之间取得了良好的平衡。了解泡沫的行为方式可能会产生新的物理见解，以及更好的使用方法。

Naoya Yanagisawa和Rei Kurita副教授开始观察泡沫是如何崩溃的。他们采用水，甘油和普通表面活性剂(薄膜稳定剂)的溶液，并在两块玻璃之间形成一个二维泡沫。使用超快速相机和针头，他们能够可控制地破坏泡沫筏边缘的气泡并观察集体气泡坍塌(CBC)。他们确定了两种不同的方式，其中一个气泡在边缘处的破裂导致其周围的级联破裂事件，由于破碎的气泡薄膜吸收到周围的液体薄膜中的传播模式，以及“穿透”模式由于破裂事件中的液滴飞走而破坏了其他气泡。

随着研究人员改变了胶片中的水量，他们确定了气泡如何在微观水平上反应的几个关键趋势。例如，他们发现泡沫中的液体更多，导致更慢的液滴释放，这些液滴不能穿透周围的薄膜。这与气泡坍塌次数急剧下降有关; 因此，CBC在彻底的崩溃模式中得到了至关重要的支持。液滴速度由胶片退去的速度决定; 发现该流速与渗透压成比例薄膜的厚度，即与泡沫接触的液体被驱入薄膜网络的压力。该团队表明，Navier-Stokes方程，描述流体如何随时间变化的关键关系，可用于解释这些趋势。

一个关键的发现是，改变流体的粘度不会导致破裂气泡数量的显着变化。稳定泡沫的方法通常依赖于改变粘度，但团队的研究结果清楚地显示了气泡坍塌的数量和后退膜的速度是如何不受影响的。与渗透模式所起的主导作用相结合，未来防止泡沫破裂的策略可能转而专注于组合多种表面活性剂以使薄膜更耐受液滴冲击。

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