Kollisioner mellan bubblor eller droppar suspenderade i vätska är mer komplexa än man tidigare trott. KAUST-forskare har visat att förhållanden som förväntas främja koalescens faktiskt kan leda till att bubbel- eller droppparet studsar direkt från varandra.

Upptäckten kan få konsekvenser för många tillämpningar som involverar kolloidala system av vätskor som inte blandas, oblandbara vätskor, inklusive livsmedelsprodukter, till exempel salladsdressingar med olja och vinäger, kosmetika och bearbetning av råolja.

Teoretiskt sett, när en bubbla når ytan av en ren vätska, den tunna vätskan mellan bubblan och luften ovanför bör snabbt rinna av, låter bubblan smälta samman med luften. Detsamma kan förväntas när två bubblor möts i vätskan eller när två droppar olja kommer samman i vatten. "Dock, under praktiska förhållanden, även spårföroreningar eller tillsatt ytaktivt ämne kan immobilisera den tunna vätskefilmen vid gränssnittet, gör fenomenet mycket utmanande att undersöka, säger Ivan Vakarelski, en forskare i Sigurdur Thoroddsens labb.

Thoroddsen, Vakarelski och deras kollegor har nu genomfört bubbel- och droppkollisionsexperiment i en vätska som kan produceras i ultraren form. "Vi använder en fluorkolvätevätska, vilket gjorde det möjligt för oss att exakt förutsäga effekterna av gränssnittets mobilitet, " säger Vakarelski.

För att jämföra koalescens vid en yta med hög rörlighet med en immobiliserad yta, teamet genomförde en uppsättning mätningar vid ett gränssnitt mellan fluorkolväten, vätska och luft och en andra uppsättning mätningar vid ett gränssnitt mellan fluorkolväten, vätska och vatten. Som förväntat, bubbla- och droppkoalescensen vid den mycket mobila gränsytan mellan fluorkolväten och luft var flera storleksordningar snabbare än för den immobiliserade gränsytan mellan fluorkolväten och vatten, där den tunna vätskefilmen var mycket långsammare att rinna bort. "Dock, detta är bara för fall när bubblor eller droppar närmar sig tillräckligt långsamt för att smälta ihop utan att studsa tillbaka, " säger Vakarelski.

kontraintuitivt, bubblor eller droppar som nådde det mycket mobila gränssnittet mellan fluorkolväten och luft studsade av från gränsytan mycket starkare än från den immobiliserade gränsytan. Anledningen är att det är mindre friktion på mobilgränssnittet och därmed förloras mindre energi under studsen. "Så vitt vi vet, våra studier och simuleringar är de första som visar en förbättrad studseffekt på grund av gränssnittsmobilitet, " säger Vakarelski.

"Att förstå denna nya effekt kommer att bidra till att förbättra förutsägelse och manipulation av kolloidal systemstabilitet, som är av stor praktisk betydelse för kosmetika och livsmedelsemulsioner, råolja bearbetning och drift av mikrofluidiska enheter, " tillägger Thoroddsen.