最简单的事物可能具有最不寻常的甚至是未开发的方面。 从很小的时候开始，我们就试图了解我们周围一切的本质。 吊灯的光线是如何工作的，为什么天空是蓝色的，在哪里下雨的，为什么柠檬是酸的，糖甜的-这只是一个好奇的孩子可以在很短的时间内提出的一小部分问题。 在成长过程中，我们对这些事情不太感兴趣，我们认为关注更重要的事情。 但是乍一看，了解简单的本质可能会带来很多好处。
今天，我们将熟悉一项非常不寻常的研究，科学家试图了解泡沫破坏的机理。 您是否曾经想过，为什么您的卡布奇诺咖啡中的泡沫不如我们想要的持久？ 如果被告知您根本不知道如何烹饪，那么现在您将拥有非常科学的反对意见。 哪个事件顺序会导致泡沫结构破坏，该过程的催化剂是什么，这些知识的用途是什么？ 我们将在研究小组的报告中找到这些和其他问题的答案。 走吧
学习基础
乍看之下，无论泡沫看起来多么简单，它仍然是一个具有气体分散相和液体/固体分散介质的复杂系统。 如果我们谈论由气泡和液膜组成的最常见的泡沫，那么这种结构被认为是非平衡体系。 由于复合气泡的尺寸可以完全不同，因此泡沫也可以称为多分散系统。 另外，由于液体的密度比气体的密度高数百倍甚至数千倍的事实，泡沫是非常不稳定的并且因此是寿命很短的系统。
尽管如此，泡沫在人类生活中还是很普遍的，并用于各个领域。 它们存在于日常生活中（鲜奶油，剃须泡沫等），生物技术（生物反应器中的泡沫），化学技术（泡沫浮选）甚至药理学中。 如果我们研究泡沫破坏过程背后的机制，那么我们可以使泡沫更加耐用，正如研究人员自己所说。
在他们的工作中，他们指出了调节泡沫动力学的三个主要过程：膨胀，排水和破坏。 扩大是减少气泡数量但增加气泡大小的过程，这是由气泡之间的压力不同引起的。 排水是由于重力作用下的水流使薄膜（即气泡壁）变薄的过程。
通常，已经对泡沫寿命的这两个阶段以及破坏过程进行了很好的研究。 先前的研究表明，当达到液体体积分数中的
聚结*的下限时，就会发生气泡破坏。
聚结* -流动介质中的粒子融合（例如，泡沫中的气泡）。
通过将额外的空气引入系统，气泡的破坏与
T1 *的
重排之间也建立了关系。
T1 *过程或T1 * 重排是改变由液滴，囊泡，细胞组成的细胞材料（泡沫，生物组织等）形状的过程。
在该过程的开始，有4个对象（A，B，C和D）。 A和B接触，C和D位于AB的两侧，即它们彼此不接触。 断开A和B之间的连接，并随后建立C和D之间的通信-这是过程T1。
在气泡破坏的瞬间，人们会听到轻微的“爆裂声”（气体释放）。 通过测量和分析泡沫破坏时的声学数据，科学家得出的结论是，这一过程是由于集体气泡塌陷（CCP）（即级联塌陷）而发生的。
但是，KKP只是冰山一角，而将其付诸实践的机制本身还不得而知。 这是如何理解多米诺骨牌链被破坏的原因，因为多米诺骨牌彼此落在了一起，但是却不知道哪个是第一个，而是被推翻了（一个粗略但可以理解的寓言）。
在这项工作中，科学家使用准二维泡沫作为“实验”，在泡沫的边缘有1个气泡破裂。 科学家使用高速摄影机观察到整个泡沫的破坏级联，之后他们分析了记录。 已经建立了坍塌传播的两种机制：传播和穿透。
随着
φ （体积分数）的增加，液滴渗透液体膜变得越来越困难，这由于液滴的弹性或膜对液滴的吸收而导致液滴从膜弹回。 在观察结果中对此有更多的了解。
研究成果
在不同的
φ值处观察到CCP（集体气泡破裂）过程。 因此，例如，对于
φ = 0.0099，图像
1a显示了从时间
t = 0 ms到3.12 ms的CCP。
图片编号1
CCP过程（ t = 0 ... 3.12 ms，φ= 0.0099）。使用毛细管玻璃针刺破气泡。 在CCP过程开始时，沿泡沫的外边缘观察到了气泡的破裂，科学家决定将其称为表面效应。 在此之后，泡沫本身内部开始了两个CCP过程，可以说是泡沫的总体积：扩散和渗透。
当液膜撕裂时，它会被高原通道迅速吸收。
根据高原定律，泡沫中气泡的边缘是充满分散介质的通道。 只有三个位于120°角的胶片可以在一个通道中会聚。
泡沫孔（气泡）的结构。
由于强大的吸收作用，在同一高原通道中会聚的下一个液膜也会破裂（
1a上的红色圆圈）。 破坏泡沫的顺序（级联）过程是CCP传播过程（
1b ）之一。
同时，在高原通道吸收破裂的薄膜时，释放出一滴液体（
1a上的蓝色和绿色圆圈）。 液滴掉入泡沫中，进入被液体除去的薄膜中（
1a上的箭头）。 这些液滴的速度（V
d ）约为3 m / s。 这种称为渗透的CCP工艺会导致去除的薄膜（
1b ）损坏。
通过这两种CCP变体对气泡膜进行多面破坏时，会发生完全塌陷。
如果
φ增加到≥0.015，那么气泡膜破坏时液体滴落的可能性大大降低。 并且已经出现的液滴的速度也变小，这使得液滴更难穿透被去除的膜。 而不是渗透，下降反弹。
液滴回弹（而不是穿透）在φ≥0.015。
图片编号2上图显示了水滴如何在30毫秒内从胶片上反弹（虚线是水滴的轨迹）。
通过测量每次回弹后的液滴速度（V
d ），我们可以绘制V
d对行程数（n
i ）的依赖性。
图片3：速度与跳动次数。如预期的那样，液滴速度随着反弹次数的增加而降低。 在这种情况下，可以将膜恢复系数确定为
e = | V
d （i + 1）|
e 。 / | V
d （i）|，其中| V
d （i）| -第i次反弹后的液滴速度。 使用观测数据，发现
e = 0.50〜0.74。 在第四个反弹之后，液滴被液膜吸收。
随着
φ的进一步增大（> 0.022），膜被高原通道成功吸收，但不会出现液滴。 即使在较高的
φ值下，沿着泡沫边缘的气泡也从表面效应中破裂，但是这种气泡的数量大大减少，并且塌陷过程迅速停止。 换句话说，CCP过程不会发生。
接下来，科学家研究了破裂气泡的数量与指数φ的关系。 一组破裂的气泡（N
total ）由由于表面效应而在泡沫边缘破裂的气泡和由于渗透和传播而破裂的气泡组成。
同样在计算中，使用指示器N inner-泡沫体积中塌陷的气泡数减去外边缘。 从第一个到最后一个气泡，计算气泡的破坏时间，大约需要0.04秒。
图片编号4上图显示了相对于
φ的 总共 N
个 （红色）和
内部 N个（蓝色）。 对于甘油浓度分别为9.4％，17.8％和29％的三角形，圆形和正方形分别对应于N f〜200的N
total或N
inner （N
f是泡沫中气泡的总数）。
从图中可以看出，N
total和N
inner的值随
φ的增加而减小。 应用
幂定律* ，科学家发现
γe = 2.3±0.36时的N
innerφφ - γe。
幂律*是两个量的函数相关性，一个量的变化导致另一个量的变化。
还发现，如果指示剂N
total和N
inner低于29％，则它们不取决于甘油的浓度。 如果浓度增加到40％，则刺破气泡变得更加困难，并且不会发生CCP过程。
对较大泡沫（N
f〜500 ）情况下的坍塌气泡的研究表明，气泡的数量不取决于气泡总数（上图中的菱形），即N
total和N
inner与N
f无关。
我们记得，用玻璃针刺穿了。 它涂有硅脂以改善穿孔效果。 科学家已经检查了这种情况如何通过不加润滑刺穿而影响N
总和 N
内部值。 因此，CCP过程自发出现。 但是，正如人们所期望的那样，润滑剂的使用并没有影响气泡消失的数量以及整个CCC过程。
如果
φ小，则每个气泡的形状都是各向异性的，变形的气泡会形成一种链。 各向异性形状和/或大尺寸的气泡具有很大的过剩表面能，因此，它们更容易被破坏。
鉴于此，科学家决定检查CCP与气泡形状之间的关系。 为此，将参数λi用作气泡
i的各向异性的特征。 λi由以下公式确定：
其中
j是气泡边缘的像素，
n是像素
j的总数，r
j是气泡
i的中心与像素
j之间的距离，
r是平均距离r
j 。
如果气泡
i是圆形的，则λi等于0。 如果是各向异性的，则λi> 0。
图片编号5图像
5a显示了CCP过程开始之前的
φ = 0.0086处的泡沫。 气泡的颜色从黑色（λi较大）到白色（λi较小）。 红点表示气泡在CCP期间破裂。
科学家发现，左侧的气泡被均匀地破坏了。 曲线图
5b示出了概率分布作为所有气泡的PEC之前和之后的平均气泡直径
i （d
i ）的函数。 通过平均气泡中心和界面之间的距离来计算直径（d
i ）。 如我们所见，CCP之后图上概率分布的形式与CCP之前相同。
在曲线图
5c上， CCP之后的直径（d
a ）与CCP（d
b ）的直径
之比。 显然，d
a = d
b ，即气泡的直径在级联坍塌过程中没有变化。
曲线图
5d示出了塌陷之前和之后的
λi （气泡各向异性特征）。 尽管级联崩溃，该指标也没有变化（λa（在CKP之前）=λb（在CKP之后）；
5e ）。
所有这些观察结果表明，由于泡沫的级联破坏，气泡的形状没有改变，并且该形状也不影响该过程。
影响泡沫破坏过程的下一个可能因素是破裂的气泡膜对其邻居的机械作用。 为了确定这个因素的影响，科学家们使用公式V =
l /
t在甘油浓度为17.8％的情况下测量了膜破裂的速率，其中
l是膜的长度，
t是从头到尾吸收膜所需的时间。
图片编号6图
6a以对数图的形式示出了V对
φ的依赖性。 计算表明，在甘油浓度为17.8％时，V〜10 m / s（图中的圆圈）。 在甘油浓度为29％的情况下，该比率实际上没有变化（图表上的正方形）。
随着
φ的增加
，速度降低，这是由于在破裂过程中形成的膜从其他通道反弹而被它们吸收。
还研究了速度与渗透压之间的关系（
6b ）。
二维泡沫的压力公式如下：
其中
σ是表面张力，
R是气泡的平均半径，
φJ是二维上的楔形点0.16。
科学家在他们的工作中使用了以下指标：
σ = 37 mN / m和
R = 1.7 mm。
如果我们假设膜层厚度为1μm，则可见V对Π（
6b ）的比例依赖性。 因此，吸收的驱动力是膜中的负压。
最后，科学家对N
内层与速度V之比进行了分析（下图）。
图片编号7科学家发现，随着薄膜流量的增加，指数N
inner显着增加。 因此，我们可以得出结论，渗透过程是一般泡沫破裂过程中的决定性因素。
要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您研究一下
科学家的
报告 。
结语
在这项工作中，科学家能够发现，在破坏泡沫时，主要作用是由两个过程-吸收和分布。 此外，科学家发现，液体比例的增加会导致气泡膜破坏期间液滴的速度降低。 因此，更难以破坏所有泡沫。 而不是通过另一个遥远的薄膜吸收液滴，而是发生液滴的多次液滴，然后才被吸收。
科学家打算进一步研究泡沫，以了解其优缺点。 他们认为，这项工作将改善泡沫，使其更加耐用和稳定。 这样的优势在日常生活中以及在涉及各种生物和化学物质，材料及其他事物的生产和研究的实验室中都是有用的。
谁会想到，在21世纪，科学家实际上将研究啤酒泡沫，寻找使其更坚固的方法。 但是，无论听起来多么奇怪，任何知识都是重要的，任何知识都是必需的。 了解我们周围的世界以及充满它的一切使我们能够更好地利用很久以前发明或发现的东西，或者根据我们生活中不断变化的条件对其进行改善。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家工作愉快！ :)
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