Французские физики научились создавать пузыри, которые существуют, не лопаясь, в нормальных условиях до 465 дней. Для этого они смешали микрогранулы, которые противостоят гравитационному оттоку жидкости, со смесью воды и глицерина, который компенсирует испарение воды.

Исследование опубликовано в Physical Review Fluids, кратко его пересказывает Physics.

Вспенивание с образованием пузырей — это неотъемлемое свойство большинства жидкостей, которое играет как полезную, так и вредную роль на практике. Пузыри представляют собой сложную динамическую систему, в основе поведения которой лежит физика тонких жидких пленок. Ученые пытаются разобраться в балансе процессов, которые сопровождают образование и схлопывание пузырей, а также научиться управлять ими.

В нормальных условиях обычные мыльные пузыри лопаются за минуты или даже секунды. Физики поняли, что главные причины этого — это испарение жидкости и ее отток вниз под действием сил гравитации, из-за чего пленка в верхней части пузыря истончается до десятков нанометров и рвется. Ситуация сильно меняется, если в жидкость добавить поверхностно-активные вещества, подавить испарение, насытив атмосферу паром, и очистить окружающее пространство от пыли. Таким способом удалось создать пузыри, живущие два года. Однако для бытовых нужд желательно научиться делать пузыри, которые не разрушаются даже в нормальных условиях.

Добиться этого удалось французским физикам из Университета Лилля под руководством Микаэля Бодуана (Michael Baudoin). У них получилось создать пузыри, живущие до 465 дней в обычной комнатной атмосфере, за счет добавления микрочастиц в водно-глицериновый раствор.

Частичное смачивание микрогранул известно своей способностью увеличивать устойчивость пленок к механическому воздействию благодаря капиллярным силам. Физики убедились в этом, изготавливая пузыри из смеси воды и полиамидных микрогранул со средним радиусом 80 микрометров и наблюдая за их массой. Такой подход существенно увеличил время их жизни по сравнению с пузырями из чистой воды, что свидетельствовало о способности микрогранул противостоять гравитационным силам. Тем не менее, меняя влажность, авторы выяснили, что испарение все еще остается фактором, лимитирующим время жизни пузырей.

Для борьбы с испарением ученые использовали глицерин, известный своей гигроскопичностью, то есть способностью захватывать влагу из воздуха.

Физики заметили, что захват и испарение влаги из воздуха формируют устойчивое равновесное значение между отношениями масс глицерина и воды в пузыре, равное примерно 0,85–0,90, к которому со временем стремятся другие пропорции. Экспериментируя с такими пузырями, авторы смогли добиться времени жизни, равного 465 дням. Их радиусы при этом оставались неизменными, что свидетельствует об отсутствии утечки избыточного давления.

Сравнение пузырей трех типов: (а) обычных мыльных пузырей, лопающихся в течение минут, (b) пузыри из смеси микрогранул и воды и © пузыри из смеси микрогранул и воды и глицерина. / Aymeric Roux et al. / Physical Review Fluids, 2022

Авторы предполагают, что причиной лопания таких пузырей стало наличие в них жизни. На это намекает зеленый оттенок, появившийся в последние месяцы, а также тот факт, что раствор воды и глицерина — это благоприятная среда для развития бактерий, которые могли попасть на поверхность пузыря из воздуха.