Skum finns överallt i vårt dagliga liv, från bubblorna i vår öl till skummet på vår tandkräm. De används också i en mängd olika industriella tillämpningar, såsom livsmedelsbearbetning, kosmetika och läkemedel.
Stabiliteten hos skum är en kritisk faktor i många av dessa applikationer. Om ett skum kollapsar för snabbt kan det förlora sin funktion eller till och med bli farligt. Till exempel måste skummet i en brandsläckare vara tillräckligt stabilt för att kväva lågorna, medan skummet i en rakkräm måste kunna hålla sin form tillräckligt länge för att användaren ska kunna applicera det i ansiktet.
Trots deras betydelse är de mekanismer genom vilka skum kollapsar inte helt förstådda. Detta beror delvis på det faktum att skum är komplexa system som kan påverkas av en mängd olika faktorer, såsom vätskans ytspänning, vätskans viskositet och närvaron av ytaktiva ämnen.
I en ny studie har forskare vid University of California, Santa Barbara, identifierat två distinkta fysiska mekanismer för hur enkla skum kollapsar. Den första mekanismen kallas "dränering och kollaps", och den uppstår när vätskan i skummet rinner bort från bubblorna, vilket får dem att kollapsa. Den andra mekanismen kallas "bubbla koalescens", och den uppstår när två eller flera bubblor smälter samman för att bilda en större bubbla.
Forskarna fann att den relativa betydelsen av dessa två mekanismer beror på skummets egenskaper. För skum med hög ytspänning är dränering och kollaps den dominerande mekanismen. För skum med låg ytspänning är bubbelkoalescens den dominerande mekanismen.
Teamets resultat kan leda till nya sätt att kontrollera stabiliteten hos skum. Till exempel, genom att tillsätta ett ytaktivt ämne till ett skum, kan det vara möjligt att minska ytspänningen och öka stabiliteten hos skummet.
Studien publicerades i tidskriften Physical Review Letters.
Vi identifierar två distinkta fysiska mekanismer för kollapsen av enkla skum:dränering och kollaps, och bubbelsammansmältning. Dränering och kollaps uppstår när vätska rinner ut från skummet, vilket gör att bubblorna kollapsar. Bubblan sammanfaller när två eller flera bubblor smälter samman för att bilda en större bubbla. Vi finner att den relativa betydelsen av dessa två mekanismer beror på skummets egenskaper. För skum med hög ytspänning är dränering och kollaps den dominerande mekanismen. För skum med låg ytspänning är bubbelkoalescens den dominerande mekanismen. Våra resultat ger en grundläggande förståelse för hur enkla skum kollapsar och kan leda till nya sätt att kontrollera stabiliteten hos skum.
