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Aug 06, 2023

퍼뜨릴 것인가, 미끄러질 것인가? 과학자들은 어떻게 f

부드러운 재료가 플레이트로 퍼지는 방식 해석 Tokyo Metropolitan University 이미지: 플레이트 속도가 증가함에 따라 폼은 더 이상 균일하게 퍼지지 않고 액체 시트를 따라 떠다닙니다.

부드러운 재료가 어떻게 퍼지는지를 접시로 판독

도쿄도립대학

이미지: 플레이트 속도가 증가함에 따라 폼은 더 이상 고르게 퍼지지 않고 액체 시트를 따라 떠다닙니다. 더 빠른 속도에서는 얇은 거품 흔적이 남습니다.더보기

크레딧: 도쿄도립대학

일본 도쿄 – 도쿄 메트로폴리탄 대학의 연구원들은 폼이 표면에 퍼지는 방식에 대한 물리학을 밝혀냈습니다. 평평한 기판 위에 놓인 폼 볼을 플레이트로 긁어 관찰했습니다. 그들은 경쟁적인 물리적 현상에 의해 지배되는 긁는 속도에 크게 의존하는 다양한 패턴을 식별했습니다. 그들의 연구 결과는 빵의 마요네즈부터 벽의 단열재에 이르기까지 표면에 고르게 펴져야 하는 모든 종류의 부드러운 재료에 적용됩니다.

쉐이빙 폼, 벽의 단열 폼, 토스트의 마가린 등 평평한 표면에 부드러운 소재를 펴바르는 작업은 실용적이고 일상적인 관점과 산업 공정 최적화 측면에서 모두 중요한 프로세스입니다. 그러나 놀랍게도 폼의 퍼짐 거동, 특히 평평한 블레이드나 플레이트가 표면을 가로질러 층으로 긁어낼 수 있는 방법에 관해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

도쿄 메트로폴리탄 대학의 쿠리타 레이(Rei Kurita) 교수가 이끄는 이 영감을 받은 연구원들은 무슨 일이 일어나고 있는지 자세히 살펴보았습니다. 그들은 평평한 표면에 세제 거품으로 작은 돔을 만들고 이를 아크릴 판으로 긁어내면서 판과 표면 사이의 거리를 고정되도록 주의했습니다. 전체 과정을 비디오 카메라로 심도있게 관찰했습니다. 흥미롭게도 그들은 판의 속도가 변할 때 폼이 퍼지는 방식이 완전히 변한다는 사실과 폼 안의 액체가 표면에 대해 얼마나 많은 친화력을 갖는지, 즉 친수성(물을 끌어당김)인지 소수성(물을 밀어내는지)을 발견했습니다. 물).

소수성 표면에서는 낮은 긁기 속도에서 폼이 고르게 퍼져 원래 돔과 동일한 너비의 긴 섹션을 ​​만듭니다. 그러나 속도가 증가함에 따라 폼은 더 이상 퍼지지 않고 얇은 유체 층의 표면을 따라 떠다닙니다. 판은 따라 움직이며 그 여파로 거품이 거의 남지 않습니다. 마지막으로, 그들이 시도한 최고 속도에서 확산 방식이 다시 돌아오며, 이제 폼 꼬리의 너비가 원래 돔보다 얇아졌습니다. 반면, 친수성 표면에서는 첫 번째 정권의 흔적이 없었습니다.

두 표면 사이에 나타난 차이로 인해 팀은 "습윤" 효과, 즉 폼의 액체가 표면을 덮기를 좋아하는지 여부에 초점을 맞추게 되었습니다. 저속 체제의 출현에 초점을 맞춰 그들은 소수성 표면에서 거품을 구성하는 세제 필름이 액체가 "탈습"되는 경향이 있기 때문에 표면에 고정되는 경향이 있음을 발견했습니다. 나타나는 그림은 폼이 움직일 때 판에 의해 돔에서 점진적으로 퍼지는 그림입니다. 그러나 폼이 표면을 적실 만큼 빠르게 강제로 통과하게 되면 이제 폼의 베이스에 윤활층이 있게 됩니다. 고원 경계라고도 알려진 폼의 벽은 더 이상 기판을 붙잡고 제자리에 고정될 수 없습니다. 그렇기 때문에 더 빠른 플레이트는 돔이 원래 있었던 곳에 얇은 폼 부분을 남기고 얇은 액체 층 위로 나머지 부분을 밀어 액체 흔적만 남기게 됩니다. 조사에서는 플레이트 속도뿐만 아니라 간격 너비의 영향과 플레이트 두께도 조사했습니다.

연구팀의 연구 결과는 폼뿐만 아니라 페인트, 보호 코팅, 마요네즈 등 광범위한 부드러운 소재에 상당한 잠재적 영향을 미칠 수 있는 일상적인 현상 중 잘 알려지지 않은 부분을 조명합니다.

이 작업은 JSPS KAKENHI 부여 번호 20K14431, 17H02945 및 20H01874의 지원을 받았습니다.

콜로이드 및 인터페이스 과학 저널

10.1016/j.jcis.2023.07.023

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2023년 7월 13일