@ 2018.09.23 , 14:00

用超声波悬浮技术将一滴水变成泡泡

最近,物理学家操纵声波在空气中悬浮了一滴液体,然后让其包裹住一团空气,这就形成了一个泡泡。

研究人员表示,这可和小孩子吹的肥皂泡不同,我们的泡泡非常稳定,可以存在数十分钟。

除了可以打击小朋友之外,这项研究可能在材料学方面具有重要的意义。

“气泡的形成方式在泡沫的制备过程中起着重要作用,而泡沫在食品、化妆品、药品、超轻材料和矿物浮选等领域中均有广泛的应用。”研究人员在论文中写道。

“工业上形成泡泡的常见方法是通过湍流混合或流动聚焦技术或使用微流体使液体遽散。”

中国西安西北工业大学的物理学家采用了超声波悬浮技术。

使用强大的声波抵消重力,将微小的物体悬浮到适当的位置。现在已经是一种成熟的技术,可以用在开发药物时,避免表面接触造成污染。

用超声波悬浮技术将一滴水变成泡泡

这甚至也不是第一次用悬浮液滴来产生泡泡——在1991年和2016年就有相关的实验报告,但缺少具体的细节。

研究小组有两个目标:看看他们是否可以复制这一结果;借助高速摄像机记录过程,方便事后分析。

他们用超声波悬浮了各种液滴,发现:提高声波的强度可以使液滴变平,然后弯曲成碗状,类似于隐形眼镜。

当这个碗内的空腔凹得足够深时,声波会开始向外反弹。由此产生的震荡将液滴拉伸成倒置的碗。最后,当碗的“边缘”围绕腔体闭合时,包裹住一小团空气,形成空心气泡。

用超声波悬浮技术将一滴水变成泡泡

这个气泡很像原来的水滴,呈椭球状,但体积要大得多。超声波的频率越高,气泡就越小。

另外使用针和环来塑造气泡,可以产生特定形状的泡泡。在制造漂浮的空心材料或悬浮液体胶囊时,这种技术无疑很有帮助。

好吧,目前,一次只能生产一个气泡,因此对工业制备泡沫来说,还很遥远。但就目前的发展趋势,该技术至少揭示出了气泡动力学和流体声学的许多奥秘,为未来铺平了道路。

研究人员在他们的论文中写道:“研究中最重要的发现是,由声悬浮的液体薄膜封装的空腔可被视为独立于液体特性的声共振器。我们的研究结果指向了一种独特的形成泡泡的方法,为研究泡沫的物理学特性——如振荡,排水和蒸发过程——创造了一个极好的平台。”

该论文发表在Nature Communications杂志上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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