Физики выявили механизм трансформации жидких микрокапель в звездообразные структуры

Группа физиков под руководством Катрин Килье из Университета Гренобль-Альпы (Франция) и Эли Слоуцкина из Университета Бар-Илан (Израиль) проанализировала поведение микроскопических масляных капель в жидкости с добавлением поверхностно-активного вещества (мыльного раствора). В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, авторы использовали компьютерное моделирование и аналитические расчеты, чтобы объяснить, как капли диаметром в несколько десятков микрометров способны обратимо менять свою геометрию при нагревании и охлаждении.

Механизм трансформации связан с физическими свойствами поверхности капли. При определенных условиях на границе масла и раствора формируется двумерная (2D) кристаллическая оболочка. Исследование показало, что поверхностное натяжение этой оболочки напрямую зависит от температуры. Стремясь минимизировать поверхностную энергию, капля деформируется. Ранее предполагалось, что смена формы происходит из-за слияния так называемых «дефектов» (точек нарушения кристаллической решетки на вершинах фигуры). Однако новые данные показали, что дефекты остаются неподвижными, а звездообразная форма достигается за счет образования микроскопических складок на поверхности — процесс, схожий с надуванием шестиугольного воздушного шара, на боках которого появляются вмятины.

По словам авторов работы, данный процесс носит полностью обратимый характер: при изменении температуры капля превращается из шестиугольной «подушки» в звезду и обратно. Изучение упругих свойств изогнутых 2D-кристаллов имеет значение для понимания реакций структур на механические напряжения. Исследователи отмечают, что подобные механические ограничения встречаются в биологических системах — например, в клеточных мембранах и белковых оболочках вирусов. В перспективе изученные микрокапли могут послужить моделями для биологических исследований, а также найти применение в разработке новых материалов с заданными оптическими или электронными свойствами.

Источник: Physics