Исследователи описали физику распределения пены по поверхности

Исследователи из Tokyo Metropolitan University раскрыли физику распределения пены по поверхности. Для этого они соскабливали пластиной и наблюдали за шариками пенопласта, помещенными на плоскую подложку.

Ученые выявили различные закономерности, которые сильно зависят от скорости соскабливания и управляются конкурирующими физическими явлениями. Полученные результаты применимы ко всем видам мягких материалов, которые необходимо равномерно распределить по поверхности, — от майонеза на хлебе до утеплителя на стенах.

Будь то пена для бритья, утеплитель в стенах или маргарин на тосте, распределение мягких материалов по плоским поверхностям является важным процессом как с практической, бытовой точки зрения, так и для оптимизации промышленных процессов. Однако о поведении пенопластов при растекании известно на удивление мало, особенно когда речь идет о том, как плоская лопатка или пластина может соскрести его по поверхности в слой.

Это вдохновило исследователей под руководством профессора Рея Куриты (Rei Kurita) из Токийского университета (Tokyo Metropolitan University) на более детальное изучение происходящего. Они создали на плоской поверхности небольшие купола из пены моющего средства и соскребли их акриловой пластиной, следя за тем, чтобы расстояние между пластиной и поверхностью оставалось неизменным. За всем этим процессом велось углубленное наблюдение с помощью видеокамеры. Любопытно, что при изменении скорости движения пластины полностью меняется способ растекания пены, а также степень сродства жидкости в пене к поверхности, т.е. гидрофильность (притягивание воды) или гидрофобность (отталкивание воды).

На гидрофобной поверхности при малых скоростях скребка пена растекается равномерно, образуя длинный участок такой же ширины, как и исходный купол. Однако при увеличении скорости пена уже не растекается, а движется по поверхности на тонком слое жидкости; пластина движется, оставляя за собой совсем немного пены. Наконец, при самых высоких скоростях, на которых проводились испытания, режим растекания возвращается, только теперь ширина хвоста пены тоньше, чем первоначальный купол. С другой стороны, на гидрофильной поверхности от первого режима не осталось и следа.

Разница, наблюдаемая между двумя поверхностями, заставила команду сосредоточиться на эффекте «смачивания», т.е. на том, любит ли жидкость в пене покрывать поверхность. Сфокусировавшись на появлении низкоскоростного режима, они обнаружили, что на гидрофобных поверхностях пленки моющего средства, входящие в состав пены, стремятся закрепиться на поверхности, поскольку жидкость имеет тенденцию к „смачиванию“. Возникает картина, при которой пена просто постепенно вытесняется из купола пластиной по мере ее движения.

Однако если пена движется достаточно быстро, чтобы смочить поверхность, то у ее основания появляется смазочный слой. Стенки в пене, также известные как границы плато, уже не могут захватить подложку и зафиксироваться на месте. Вот почему при ускоренном движении пластины на месте первоначального купола остается тонкий участок пены, а остальная часть проталкивается по тонкому слою жидкости, не оставляя за собой ничего, кроме следа. В ходе исследования изучалась не только скорость вращения пластины, но и влияние ширины зазора и толщины пластины.

Полученные командой результаты проливают свет на малоизвестные детали повседневного явления, оказывая значительное потенциальное влияние не только на пенопласты, но и на широкий спектр мягких материалов, будь то краска, защитные покрытия или майонез.

Результаты опубликованы в издании Journal of Colloid and Interface Science.

29.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
На старт! Внимание! MITEX!
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии
Пять полезных функций смартфона, про которые редко вспоминают