I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno scoperto due distinti meccanismi attraverso i quali le schiume possono collassare, fornendo informazioni sulla prevenzione/accelerazione della rottura della schiuma nei materiali industriali, per esempio., Alimenti, cosmetici, isolamento e prodotti chimici immagazzinati. Quando una bolla si rompe, hanno scoperto che un evento di collasso si propaga tramite l'impatto con la pellicola che si allontana e minuscole goccioline sparse che rompono altre bolle. Identificare quale meccanismo è dominante in diverse schiume può aiutare ad adattarle ad applicazioni specifiche.

Le schiume svolgono un ruolo chiave in una vasta gamma di prodotti industriali, compresi gli alimenti, le bevande, prodotti farmaceutici, prodotti per la pulizia e cosmetici. Hanno applicazioni materiali come l'isolamento degli edifici, interni di aeromobili e barriere ignifughe. Potrebbero anche essere una proprietà indesiderata di un prodotto di formazione di schiuma nei prodotti chimici immagazzinati durante il trasporto. Dal punto di vista scientifico, costituiscono anche una forma unica di materia, un sottile equilibrio tra la complessa rete di forze agenti sulla rete del film liquido che ne costituisce la struttura e la pressione del gas intrappolato al suo interno. Capire come si comportano le schiume può fornire nuove intuizioni fisiche, così come modi migliori per usarli.

Naoya Yanagisawa e il Professore Associato Rei Kurita si sono proposti di osservare come le schiume collassano. Hanno preso una soluzione d'acqua, glicerolo e un comune tensioattivo (un agente stabilizzante del film) e ha creato una schiuma bidimensionale schiacciata tra due pezzi di vetro. Utilizzando una fotocamera ultraveloce e un ago, sono stati in grado di rompere in modo controllabile una bolla sul bordo della zattera di schiuma e osservare il collasso collettivo delle bolle (CBC). Hanno identificato due modi distinti in cui la rottura di una bolla sul bordo ha portato a una cascata di eventi di rottura intorno ad essa, una modalità di propagazione dovuta all'assorbimento del film della bolla rotta nel film liquido circostante, e una modalità "penetrante" dovuta al rilascio di goccioline dall'evento di rottura che volano via e rompono altre bolle.

Mentre gli investigatori cambiavano la quantità di acqua nel film, hanno identificato diverse tendenze chiave nel modo in cui le bolle reagiscono a livello microscopico. Per esempio, hanno scoperto che più liquido nella schiuma portava al rilascio di goccioline più lente, che non sono in grado di penetrare nei film circostanti. Ciò è stato correlato con un drastico calo del numero di bolle crollate; I CBC sono stati quindi sostenuti in modo cruciale dalla modalità penetrante del collasso. La velocità delle goccioline è stata determinata dalla velocità con cui il film si è ritirato; questa velocità di flusso è risultata proporzionale alla pressione osmotica del film, cioè., la pressione alla quale un liquido portato a contatto con la schiuma viene spinto nella rete di film. Il team ha mostrato che le equazioni di Navier-Stokes, relazioni chiave che descrivono come si comportano i fluidi nel tempo, potrebbe essere utilizzato per spiegare queste tendenze.

Una scoperta chiave è stata che la modifica della viscosità del fluido non ha portato a un cambiamento significativo nel numero di bolle rotte. I metodi per stabilizzare le schiume si basano comunemente sul cambiamento della viscosità, tuttavia i risultati del team mostrano chiaramente come non siano influenzati sia il numero di bolle collassate che la velocità del film che si ritira. Insieme al ruolo dominante svolto dalla modalità penetrante, strategie future per prevenire il collasso della schiuma potrebbero invece concentrarsi sulla combinazione di più tensioattivi per rendere il film più resistente all'impatto delle gocce.

Lo studio è stato pubblicato online sulla rivista Rapporti scientifici .