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科技動圖:爆裂!小液滴粉身碎骨

一滴藍色的液滴不斷從中心向外擴散,與此同時,它的邊緣碎裂成許多細小的液滴。



科技動圖:爆裂!小液滴粉身碎骨


這是一滴水和異丙醇的混合物,它用色素染成藍色。它被小心地滴到一層葵花籽油上,在幾十秒內,產生了「爆裂」式擴散的現象(視頻經過加速)。



科技動圖:爆裂!小液滴粉身碎骨



這種現象被研究者們稱為「Marangoni Bursting」,它的原理其實和之前說過的酒類掛杯的產生有相似之處。簡單說,就是外邊緣處的表面張力變得更大(原因是醇類揮發),這不僅使得中間的液體被拽到外面,也導致外側的液膜被「撕碎」,變成一個個小液滴。


科技動圖:爆裂!小液滴粉身碎骨



(酒的掛杯,我拍的一個延時,也是色素染色,實際大概經歷50秒)


水和揮發性醇組成的液滴,其中的醇會以比較快的速度揮發,而水的揮發相對較慢,由此就造成了剩餘液體的組成改變。而在液滴的邊緣處,液體更薄,表面積相對更大,因此這裡受到醇類揮發的影響更大,其中醇的濃度下降更多。


液體組成的變化帶來的是表面張力的改變,現在邊緣處的醇濃度比較低,因此這裡的表面張力變得更大。結果,表面張力的不平衡帶動液滴運動了起來:中間的部分被「拽向」外面表面張力高的地方,同時在外邊緣上,高表面張力使得液膜難以維持,破裂成很多小液滴。

和酒的掛杯一樣,這個撕裂水滴的現象需要最初的液滴中醇的濃度高到一定程度才會發生。這個初始的液滴組成也左右著碎裂形成小液滴的尺寸。


最後,這些向四周擴散開的小液滴會怎樣呢?整個擴散區域的邊界會回縮,小液滴們又聚集了起來。



科技動圖:爆裂!小液滴粉身碎骨



(注意這個也是加速的)

在最近的一個研究裡面,人們記錄和分析了視頻中的這種現象。對液滴表現的研究,在噴塗或噴墨印刷之類的工藝中會有一些應用。


本文參考:


Chemistry World-Evaporation drives dancing droplet breakdown


完整視頻可以看這裡,彩色條紋的地方顯示的是干涉條紋,這樣是為了顯示液膜的厚度。

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