新浪科技訊 北京時(shí)間1月24日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在近期的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家使一個(gè)氣泡保持了驚人的465天，創(chuàng)造了此類(lèi)物體的世界紀(jì)錄。
吹肥皂泡是一件能讓大人和小孩都感到開(kāi)心的事情，也許是因?yàn)檫@些泡泡本質(zhì)上是短暫的，幾秒鐘，最多幾分鐘后就會(huì)破裂。根據(jù)近期發(fā)表在《物理評(píng)論-流體》（Physical Review Fluids）雜志上的一篇新論文，法國(guó)物理學(xué)家已經(jīng)成功地用塑料顆粒、甘油和水創(chuàng)造了“永恒的氣泡”，其中保持時(shí)間最長(zhǎng)的氣泡達(dá)到了465天。
長(zhǎng)期以來(lái)，氣泡是物理學(xué)家們十分感興趣的課題。例如，2016年，法國(guó)物理學(xué)家提出了一個(gè)理論模型，用來(lái)解釋噴射氣流撞擊皂膜時(shí)產(chǎn)生肥皂泡的確切機(jī)制。研究人員發(fā)現(xiàn)，氣泡只有在氣流超過(guò)一定速度時(shí)才會(huì)形成，而這個(gè)速度又取決于氣流的寬度。
本質(zhì)上，皂膜是由液體（多數(shù)為水基液體，如肥皂泡）在空氣中形成的薄膜。例如，兩個(gè)肥皂泡接觸時(shí)，往往會(huì)融合成一個(gè)，而在中間形成薄膜。泡沫就是由許多皂膜連接而成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。皂膜有兩層表面，由于表面張力，皂膜會(huì)使其表面積最小。
2018年，美國(guó)紐約大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)家們利用很薄的皂膜進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，確定了吹出完美氣泡的方法。他們得出的結(jié)論是，最好使用周長(zhǎng)為3.8厘米的吹制環(huán)，并以穩(wěn)定的的速度（6.9厘米/秒）輕輕吹氣。如果吹氣速度更高，氣泡就會(huì)破裂；如果用更小或更大的吹制環(huán)，氣泡也會(huì)很快破裂。
2020年，物理學(xué)家確定，制造巨大氣泡的關(guān)鍵因素之一，是將不同鏈長(zhǎng)的聚合物混合起來(lái)。這就產(chǎn)生了一種可以拉伸到足夠薄的皂膜，可以形成一個(gè)巨大的氣泡而不會(huì)破裂。聚合物鏈會(huì)纏繞在一起，就像一個(gè)毛球，形成不易分開(kāi)的更長(zhǎng)的鏈。在適當(dāng)?shù)慕M合下，聚合物可以使皂膜達(dá)到一個(gè)“最佳點(diǎn)”，既有黏性又有彈性，不會(huì)因?yàn)樯煺钩潭忍蠖毫选Ｍㄟ^(guò)改變聚合物鏈的長(zhǎng)度，可以獲得更“結(jié)實(shí)”的皂膜。
科學(xué)家們對(duì)延長(zhǎng)氣泡的壽命也十分感興趣。氣泡自然地呈現(xiàn)球形：一定體積的氣體被非常薄的液體外殼包裹起來(lái)，使每個(gè)氣泡與相鄰的氣泡之間相互隔開(kāi)。氣泡的幾何形狀取決于表面張力，這是一種液體分子之間的吸引力，一般比氣體分子之間和液體分子之間的吸引力更大。當(dāng)表面積越大時(shí)，維持某個(gè)特定形狀所需的能量就越多，因此氣泡會(huì)呈現(xiàn)出表面積最小的形狀：球形。從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，皂膜可以視為極小曲面。
然而，在標(biāo)準(zhǔn)大氣中，大多數(shù)氣泡在幾分鐘內(nèi)就會(huì)破裂。隨著時(shí)間的推移，重力的作用逐漸使液體向下流動(dòng)，與此同時(shí)，液體成分也會(huì)慢慢蒸發(fā)。隨著液體量的減少，氣泡的“壁”會(huì)變得非常薄，泡沫中的小氣泡逐漸結(jié)合成大氣泡。這兩種效應(yīng)的結(jié)合稱(chēng)為“粗化”。添加某種表面活性劑可以加強(qiáng)將氣泡隔開(kāi)的液體薄膜壁，從而防止表面張力崩潰。但最終，泡沫仍會(huì)不可避免地破裂。
2017年，法國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由塑料微球制成的球形外殼可以用很小的體積來(lái)儲(chǔ)存加壓氣體。物理學(xué)家把這種物體稱(chēng)為“氣體彈珠”。這些物體與液體彈珠有關(guān)。所謂液體彈珠，是指液滴上包裹著一層微小的、不潤(rùn)濕的珠子，可以在固體表面滾動(dòng)而不會(huì)破裂。盡管氣體彈珠的力學(xué)性能是若干研究的主要對(duì)象，但迄今還沒(méi)有與氣體彈珠壽命有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。
于是，法國(guó)里爾大學(xué)的艾默里克·魯克斯及其同事決定填補(bǔ)這個(gè)空白。他們用三種不同的氣泡做實(shí)驗(yàn)：標(biāo)準(zhǔn)的肥皂泡、用水制成的氣體彈珠，以及用水和甘油制成的氣體彈珠。魯克斯等人將塑料顆粒撒在水浴槽的表面，使其形成一個(gè)顆粒筏。然后，研究人員用注射器在顆粒筏下方注入少量空氣，形成氣泡；然后用一根勺子推動(dòng)這些氣泡，直到每個(gè)氣泡的整個(gè)表面都覆蓋上塑料顆粒。
標(biāo)準(zhǔn)的肥皂泡在一分鐘左右就破裂了，正如預(yù)期的那樣。但魯克斯等人發(fā)現(xiàn)，塑料顆粒涂層顯著中和了水基氣體彈珠的排水過(guò)程；這些彈珠要經(jīng)過(guò)6到60分鐘才會(huì)坍塌。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命，研究人員還需要中和水分蒸發(fā)的過(guò)程。
因此，他們?cè)谒屑尤肓烁视汀Ｑ芯孔髡叻Q(chēng)，甘油有高濃度的羥基，而羥基又與水分子有很強(qiáng)的親和力，可以形成很強(qiáng)的氫鍵。所以，甘油能從空氣中吸收更多的水分，從而補(bǔ)償氣泡水分的蒸發(fā)。水/甘油氣體彈珠的持續(xù)時(shí)間明顯更長(zhǎng)，達(dá)到5周至465天，這使研究人員能夠調(diào)整水和甘油的最佳比例，最終獲得制造長(zhǎng)壽命氣體彈珠的完美配方。
研究人員的工作甚至超出了氣泡的范圍。他們還創(chuàng)造出了結(jié)實(shí)的復(fù)合液體薄膜，并將金屬框架浸入液體表面下，使其形成不同的物體，并在液體表面覆蓋一層密集的塑料顆粒。在金屬框架緩慢上升到液體表面的過(guò)程中，會(huì)掛上一層到了覆蓋顆粒的薄膜。最值得注意的是，魯克斯等人在水/甘油液體薄膜上構(gòu)建了一個(gè)三維的錐體?，F(xiàn)在，這個(gè)錐體已經(jīng)保持了378天（還在繼續(xù)）。（任天）
