Skum finns överallt, i tvål och tvättmedel, maränger, ölskum, kosmetika och isolering för kläder och byggnader. Appliceringen av skum tenderar att dra fördel av deras unika struktur, Det är därför det är så viktigt att förstå hur deras struktur kan förändras över tid.

Forskare från Tokyo Metropolitan University har studerat dynamiken hos skum. När en droppe vatten sattes till en skumflotte, bubblorna omarrangerade sig för att nå ett nytt stabilt tillstånd. Teamet fann att bubbelrörelsen var kvalitativt olika beroende på utbudet av bubbelstorlekar som fanns. Tillsammans med analogier med mjukt fastklämda material, dessa fynd kan inspirera till design av nya skummaterial för industrin.

Laget, ledd av prof. Rei Kurita vid Tokyo Metropolitan University, har studerat flytande skum som de som görs med tvättmedel och vatten. De var intresserade av att förstå hur bubblorna i ett skum ordnar om sig själva. Medan tidigare studier vanligtvis applicerade en kraft på skummet med en stav åt sidan, teamet antog den mycket skonsammare metoden att tillsätta en liten mängd vatten, bevara bubblorna men ändra förhållandena tillräckligt för att bubblorna ska kunna ordna om sig själva och hitta ett nytt stabilt tillstånd. Detta gjorde det mycket lättare att se hur subtila miljöknuffar eller störningar leder till små, isolerade bubbla avkoppling händelser.

Genom att filma bubblorna som ordnar om sig själva, teamet visade för första gången att omarrangemang var fundamentalt olika beroende på utbudet av bubbelstorlekar som fanns i skummet. När bubblorna var ungefär lika stora, eller monodispers, de ordnade sig i en sexkantig, bikakebildning. När du tillsätter vatten, bubblorna som rörde sig tenderade att blandas i samma riktning över långa avstånd, längs med bikakan. Omvänt, när det fanns många små och stora partiklar, det initiala arrangemanget var mycket mindre beställt. Omarrangemang i detta polydispersa skum var slumpmässiga, med intilliggande bubblor som rör sig i alla möjliga riktningar. Videorna de tog gjorde det möjligt för teamet att extrahera en dynamisk korrelationslängd, längdskalan över vilken bubblor rör sig i liknande riktningar. Att spåra hur denna längd förändras under olika förhållanden är avgörande för att placera skummaterial inom den breda ramen för den kondenserade materiens fysik. Intressant, den unika korrelerade rörelsen som observerades i det hexagonala skummet berodde inte på att närliggande bubblor var i kontakt:de behövde helt enkelt vara tillräckligt nära för att bilda välordnade mönster.

Teamet fortsatte med att jämföra detta beteende med simuleringar av packningar av mjuka partiklar med olika storlekar. De hittade mycket liknande beteende, visar tydligt att detta inte var en egenhet av flytande skum, men en allmän egenskap hos mjuka partiklar som har fastnat i varandra. Dessa insikter om hur skum reagerar på de mest subtila miljösignaler kan en dag informera om hur skum hålls stabilt eller flytande, och hur mjuka fastklämda material hanteras i industriella processer.