Gdy myślimy o czymś nietrwałym, na myśl przychodzą mydlane bańki. Lecz fizykom z Uniwersytetu w Lille udało się przedłużyć ich trwanie o ponad rok. Stworzona przez nich rekordzistka przetrwała 465 dni, czyli ponad rok i trzy miesiące.
Nie była to jednak zwykła bańka z mydlanej wody. Badacze wykorzystali specjalną mieszaninę wody, gliceryny i mikroskopijnych cząstek tworzywa sztucznego.
„Wykazaliśmy, że pokrycie bańki warstwą wody z mikrocząsteczkami hamuje odpływ grawitacyjny. Dodatkowo glicerol stabilizuje stan, w którym parowanie wody jest przeciwważone przez higroskopijność glicerolu pochłaniającego cząsteczki wody z powietrza”, piszą badacze w pracy opublikowanej w „Physical Review Fluids”.
Gliceryna i mikroskopijne cząstki nylonu. Tak powstała bańka, która utrzymywała się ponad rok
Kluczem do przedłużenia życia baniek okazały się mikroskopijne cząsteczki nylonu – czyli poliamidowego tworzywa stosowanego głównie do produkcji tkanin, lin i żyłek. Cząsteczki nylonu nadały bańkom trwałość i nie pękały po dotknięciu. Przede wszystkim jednak, jak tłumaczą badacze, cząsteczki te zatrzymują molekuły wody, która pod wpływem siły ciążenia spływa w dół bańki. Gdy woda spływa z góry bańki, staje się ona cieńsza – a poniżej pewnej grubości nie jest w stanie się już utrzymać i kończy się to jej pęknięciem.
W eksperymentach jednak okazało się, że nanocząsteczki przedłużają życie baniek przeciętnie do kilku minut. Rekordowe bańki z wody i nanocząsteczek przetrwały godzinę. To dlatego, że cienka warstwa wody, z której tak naprawdę bańka jest stworzona, szybko wysycha. Gdy stanie się zbyt cienka – jak już wiemy – bańka pęka.
Kluczem do przedłużenia życia baniek okazał się glicerol (popularnie zwany gliceryną). Ma on właściwości higroskopijne, czyli pochłania cząsteczki wody z powietrza. Dodanie glicerolu zapobiega utracie wody przed bańkę i szybkiemu jej zniszczeniu.
Bańka mydlana przegrywa z glicerynową. I co z tego wynika?
Z trwałych baniek można budować struktury. Czy coś z nich kiedyś powstanie?
Badacze nie poprzestali na banalnych bańkach – wykorzystali swoje eksperymenty i modele, by stworzyć inne struktury stworzone z podobnych cienkich błon rozpiętych między drucikami. Taka rekordowa piramida przetrwała w laboratorium 378 dni.
Choć brzmi to jak dziecięca zabawa, badania właściwości materiałów są ważną dziedziną fizyki i chemii. Niezwykle odporne włókna aramidowe odkryła przez przypadek w 1965 r. Stephanie Kwolek, chemiczka polskiego pochodzenia. Dziś włókna te – pod nazwą kewlaru – stosowane są m.in. w kamizelkach kuloodpornych, kaskach i hełmach, odzieży motocyklowej, nartach, rakietach tenisowych oraz kablach światłowodowych.
Być może z nowych, trwałych baniek również kiedyś powstanie coś pożytecznego.
Źródła: Science Alert; Physical Review Fluids.
