Глицериновый пузырь продержался больше года в нормальных условиях

Французские физики научились создавать пузыри, которые существуют, не лопаясь, в нормальных условиях до 465 дней. Для этого они смешали микрогранулы, которые противостоят гравитационному оттоку жидкости, со смесью воды и глицерина, который компенсирует испарение воды. Исследование опубликовано в Physical Review Fluids, кратко его пересказывает Physics.

Вспенивание с образованием пузырей — это неотъемлемое свойство большинства жидкостей, которое играет как полезную, так и вредную роль на практике. Пузыри представляют собой сложную динамическую систему, в основе поведения которой лежит физика тонких жидких пленок. Ученые пытаются разобраться в балансе процессов, которые сопровождают образование и схлопывание пузырей, а также научиться управлять ими.

В нормальных условиях обычные мыльные пузыри лопаются за минуты или даже секунды. Физики поняли, что главные причины этого — это испарение жидкости и ее отток вниз под действием сил гравитации, из-за чего пленка в верхней части пузыря истончается до десятков нанометров и рвется. Ситуация сильно меняется, если в жидкость добавить поверхностно-активные вещества, подавить испарение, насытив атмосферу паром, и очистить окружающее пространство от пыли. Таким способом удалось создать пузыри, живущие два года. Однако для бытовых нужд желательно научиться делать пузыри, которые не разрушаются даже в нормальных условиях.

Добиться этого удалось французским физикам из Университета Лилля под руководством Микаэля Бодуана (Michael Baudoin). У них получилось создать пузыри, живущие до 465 дней в обычной комнатной атмосфере, за счет добавления микрочастиц в водно-глицериновый раствор.

Частичное смачивание микрогранул известно своей способностью увеличивать устойчивость пленок к механическому воздействию благодаря капиллярным силам. Физики убедились в этом, изготавливая пузыри из смеси воды и полиамидных микрогранул со средним радиусом 80 микрометров и наблюдая за их массой. Такой подход существенно увеличил время их жизни по сравнению с пузырями из чистой воды, что свидетельствовало о способности микрогранул противостоять гравитационным силам. Тем не менее, меняя влажность, авторы выяснили, что испарение все еще остается фактором, лимитирующим время жизни пузырей.

Для борьбы с испарением ученые использовали глицерин, известный своей гигроскопичностью, то есть способностью захватывать влагу из воздуха. Физики заметили, что захват и испарение влаги из воздуха формируют устойчивое равновесное значение между отношениями масс глицерина и воды в пузыре, равное примерно 0,85-0,90, к которому со временем стремятся другие пропорции. Экспериментируя с такими пузырями, авторы смогли добиться времени жизни, равного 465 дням. Их радиусы при этом оставались неизменными, что свидетельствует об отсутствии утечки избыточного давления.

Авторы предполагают, что причиной лопания таких пузырей стало наличие в них жизни. На это намекает зеленый оттенок, появившийся в последние месяцы, а также тот факт, что раствор воды и глицерина — это благоприятная среда для развития бактерий, которые могли попасть на поверхность пузыря из воздуха.

Физики очень любят пузыри. Мы уже рассказывали, как они их надувают, замораживают и слушают.

Марат Хамадеев