Mikroskopiska droppar krympa-insvept i tunn elastisk lakan ta på telltale halv-moon form av en empanada eller en calzone. Dessa strukturer kan en dag kommer att ersätta kemiska tensider i tvål, eftersom lakan göra för en starkare barriär för att inlägga farliga eller ömtåliga vätskor.
I en ny studie i Nature Materials, Syracuse University fysikern Joseph Paulsen rapporterade om sitt senaste experiment i mjuk kondenserad materia.k.a., vetenskapen för “kladdiga saker.” Han var intresserad av att lära mer om hur droppar vatten insvept i en mycket tunn elastisk lakan (ett tusen gånger tunnare än ett mänskligt hårstrå) beter sig på mikroskopisk skala — i det här fallet, lakan att böja lätt, erbjuder lite till inget motstånd.
Ursprungligen Paulsen förväntas att den inslagna droppar som skulle se ut som sfärer. Detta gör intuitiva känsla, eftersom de flesta bubblor ta på en sfärisk form, tack vare fenomenet av ytspänning, en kraft som uppstår från molekylär attraktion. I en bubbla, i huvudsak, är en volym av luft innesluten i en mycket tunn flytande hud. Ju större yta, desto mer energi som krävs för att bibehålla en viss form. Så en bubbla kommer att försöka anta formen med minst yta: en sfär.
Istället Paulsen fann att, även om de började sfäriska, som de kollapsade under den tunna ark, hans vakuumförpackad mini-droppar som bildas halvmånar, ser långt mer ut som en empanada än en daggdroppen:
Nyfiken på varför slog han sig ihop med några kollegor i fysik och matematik. Tillsammans upptäckte de att dessa typer av former, är mer effektiv än en sfär, åtminstone för dessa lätt böjbar lakan i mikroskala. Halv-moon geometri omfattar vatten droppe på ett sådant sätt att mindre av området är utsatt för yttre vätska.
Sponsrade
Och även om lakan vik, deformationszoner och rynkor i unika mönster som de kollapsar runt droppar, detta verkar inte ha så stor inverkan på den slutliga empanada form. Naturen är allt om effektivitet, rätt och slätt.
Referens:
Paulsen, Joseph D. et al. (2015) “Optimal förpackning av flytande droppar med ultra tunna skivor,” Nature Materials 14: 1206-1209.
[Via Nanowerk Nyheter]
Bilder och video: Paulsen et al/Nature Materials.