科學家解開不同溫度下尖尖的液滴形成的原因
來源:cnBeta.COM
發布時間:2021-07-16
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  某種類型的油滴在冷卻和收縮時會(hui) 改變形狀:從(cong) 球形到二十麵體(ti) 再到扁平六邊形。兩(liang) 種相互競爭(zheng) 的理論無法完全解釋這一點,但是現在,Ireth García-Aguilar和Luca Giomi的《物理評論》雜誌解開了這個(ge) 謎團。

  這是一個(ge) 意外的發現。索非亞(ya) 大學的保加利亞(ya) 研究人員正在研究水中的烷烴小油滴,研究人員用類似肥皂的表麵活性劑分子對其進行穩定,這與(yu) 蛋黃醬中的乳狀液滴相似,它們(men) 還被包裹在烷烴分子和表麵活性劑的冷凍單層中。

  當研究人員擺弄它們(men) 時,意識到有一些特別的事情正在發生。當溫度降低時,液滴從(cong) 普通的球形轉變為(wei) 奇怪的、類似水晶的二十麵體(ti) 形狀,而在更低的溫度下,它們(men) 變成了四邊的菱形或六邊形,在角落裏有越來越多的觸角。

  大約在同一時間,這封信的共同作者Eli Sloutskin領導的以色列巴伊蘭(lan) 大學的另一個(ge) 小組進行了類似的觀察,並進一步認識到,與(yu) 大液滴相比,小液滴更容易改變其形狀。

  這很有啟發性,我們(men) 可以用物品的彈性現象來解釋它,大的片狀物體(ti) 彈性會(hui) 比小的更軟,更容易彎曲,人們(men) 可以通過拿著一張紙的一麵來驗證這一點:一張A4紙在自己的重量下會(hui) 立即彎曲,但一張較小的紙,如郵票,會(hui) 保持筆直。紙張越大,它所經曆的扭矩越大,就越容易彎曲"。

  索菲亞(ya) 大學的研究小組本身提出了一個(ge) 理論,即表麵活性劑層下麵的一個(ge) 特殊的薄層導致了邊緣的出現。但是後來,Sloutskin實驗室的詳細顯微鏡圖像,並沒有看到這樣一個(ge) 層。為(wei) 了解釋形狀轉換以及反常的尺寸依賴性,萊頓物理學家不得不在他們(men) 的模型中加入四個(ge) 不同的成分:表麵張力、重力、缺陷和自發曲率。後者是形成固體(ti) 層的分子形狀的一種影響,當長的分子像火柴一樣堆在盒子裏時,界麵是平的,但是當分子的一個(ge) 端點比另一個(ge) 端點更胖時,產(chan) 生的膜可能會(hui) 出現曲率。

  雖然缺陷和重力傾(qing) 向於(yu) 使液滴彎曲,但表麵張力傾(qing) 向於(yu) 恢複球形形狀。但是,在自發曲率存在的情況下,隨著液滴變小,這種效應變得更弱,從(cong) 而使小液滴容易出現切麵。研究人員在《物理評論快報》的一篇論文中寫(xie) 道,這解釋了這種神秘的行為(wei) 。然而,還有一個(ge) 現象暫時無法解釋,那就是在最低溫度下形成的奇怪觸角。


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