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 MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса