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软物质和液体

软物质和液体

如何制作方形水滴

22 Dec 2018
方形水滴
直角:圆形,椭圆形和几乎方形的液滴。 (由R Schulman /麦克马斯特大学提供)

通过将液滴夹在两个拉紧的弹性薄膜之间,可以精确控制液滴的形状。通过改变电影中的张力,拉斐尔·舒尔曼(Rafael Schulman)和 卡里(Kari Dalnoki)-Veress 麦克马斯特大学的博士生可以产生扁平,椭圆形和几乎方形的液滴。该实验提供了一种相对简单的方法来测量液体和弹性聚合物之间的界面张力,也可用于创建可调节的液体透镜。

当球形液滴与固体表面接触时,两种物质之间的接触角会根据各种特性(包括表面张力)而变化。这种润湿过程的物理学已经研究了一个多世纪,但是Schulman和Dalnoki-Veress意识到没有人研究过放置在两个可拉伸薄膜之间的液滴。

为了测试在这种情况下接触角如何影响液滴形状,二人组设计了一种装置,将甘油和聚乙二醇液滴夹在两个弹性片之间,每个弹性片可在两个正交方向上拉伸。首先,研究人员将一张纸固定在坚硬的表面上,并在其顶部放置直径为30-300-m的液滴。然后,他们在两个方向上均等地拉伸了第二个膜,这导致球形液滴扁平化成煎饼状。

不对称拉伸

然后,二人组重复了该实验,这次在一个方向比另一个方向拉伸顶部薄膜更多,导致整个薄膜的表面张力发生变化。这次,液滴呈椭圆形,其长宽比取决于两个方向之间的张力差。

接下来,物理学家分离出底片,并且在两个方向上均等地拉伸了两个片。值得注意的是,这导致液滴呈正方形,其侧面沿薄膜中的张力方向取向。

过去,众所周知,液体和弹性聚合物之间的界面处的张力值很难计算。但是,从他们的观察中,舒尔曼和达尔诺基·弗雷斯(Salman and Dalnoki-Veress)看到,接触角随张力的易于量化的变化首次允许相对容易地测量该值。

两人还意识到,该设置可用于创建具有高度可调纵横比的液体镜头。他们还通过使衍射的激光束穿过透镜来测试透镜聚焦光的能力。这产生了椭圆形液滴的线形斑点,而方形液滴产生了十字形的斑点图案。

这一发现可能为将来的光学研究提供有用的见解,并表明对已经研究透彻的润湿领域的进一步研究仍可能发现新的物理现象。

该研究描述于 体检信.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者