某種類型的油滴在冷卻和收縮時(shí)會(huì)改變形狀:從球形到二十面體再到扁平六邊形。兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的理論無法完全解釋這一點(diǎn),但是現(xiàn)在,Ireth García-Aguilar和Luca Giomi的《物理評(píng)論》雜志解開了這個(gè)謎團(tuán)。
這是一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)。索非亞大學(xué)的保加利亞研究人員正在研究水中的烷烴小油滴,研究人員用類似肥皂的表面活性劑分子對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定,這與蛋黃醬中的乳狀液滴相似,它們還被包裹在烷烴分子和表面活性劑的冷凍單層中。
當(dāng)研究人員擺弄它們時(shí),意識(shí)到有一些特別的事情正在發(fā)生。當(dāng)溫度降低時(shí),液滴從普通的球形轉(zhuǎn)變?yōu)槠婀值?、類似水晶的二十面體形狀,而在更低的溫度下,它們變成了四邊的菱形或六邊形,在角落里有越來越多的觸角。
大約在同一時(shí)間,這封信的共同作者Eli Sloutskin領(lǐng)導(dǎo)的以色列巴伊蘭大學(xué)的另一個(gè)小組進(jìn)行了類似的觀察,并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到,與大液滴相比,小液滴更容易改變其形狀。
這很有啟發(fā)性,我們可以用物品的彈性現(xiàn)象來解釋它,大的片狀物體彈性會(huì)比小的更軟,更容易彎曲,人們可以通過拿著一張紙的一面來驗(yàn)證這一點(diǎn):一張A4紙?jiān)谧约旱闹亓肯聲?huì)立即彎曲,但一張較小的紙,如郵票,會(huì)保持筆直。紙張?jiān)酱?,它所?jīng)歷的扭矩越大,就越容易彎曲"。
索菲亞大學(xué)的研究小組本身提出了一個(gè)理論,即表面活性劑層下面的一個(gè)特殊的薄層導(dǎo)致了邊緣的出現(xiàn)。但是后來,Sloutskin實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)顯微鏡圖像,并沒有看到這樣一個(gè)層。為了解釋形狀轉(zhuǎn)換以及反常的尺寸依賴性,萊頓物理學(xué)家不得不在他們的模型中加入四個(gè)不同的成分:表面張力、重力、缺陷和自發(fā)曲率。后者是形成固體層的分子形狀的一種影響,當(dāng)長(zhǎng)的分子像火柴一樣堆在盒子里時(shí),界面是平的,但是當(dāng)分子的一個(gè)端點(diǎn)比另一個(gè)端點(diǎn)更胖時(shí),產(chǎn)生的膜可能會(huì)出現(xiàn)曲率。
雖然缺陷和重力傾向于使液滴彎曲,但表面張力傾向于恢復(fù)球形形狀。但是,在自發(fā)曲率存在的情況下,隨著液滴變小,這種效應(yīng)變得更弱,從而使小液滴容易出現(xiàn)切面。研究人員在《物理評(píng)論快報(bào)》的一篇論文中寫道,這解釋了這種神秘的行為。然而,還有一個(gè)現(xiàn)象暫時(shí)無法解釋,那就是在最低溫度下形成的奇怪觸角。
關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào),在對(duì)話框:
回復(fù)【最新活動(dòng)】,了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】,了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】,了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】,了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】,了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】,了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】,學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】,了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情