科學家發現可在杯子裡裝下更多啤酒的物理方法
雖然像玻璃杯中的啤酒需要形成泡沫並保持較長的泡沫壽命,但在啤酒裝瓶過程中卻應該避免泡沫從而加快裝瓶速度。在其他工業過程中,泡沫的形成也往往是不可取的,特別是如果它會導致洩漏和環境污染等問題。
在泡沫中,相鄰的氣泡被一層薄薄的液體膜隔開。為了產生和穩定泡沫,需要添加表面活性物質如表面活性劑,通常還有脂類或蛋白質。
許多液體如啤酒和肥皂就含有這種表面活性分子,它們可以穩定泡沫。因此,為了防止泡沫,必須添加額外的化學品如油、蠟或微粒子。這些有助於相鄰的氣泡迅速融合在一起進而使泡沫迅速分解。
跟Hans-Jürgen Butt部門馬克斯普朗克聚合物研究所的小組負責人Doris Vollmer合作的科學家們現在更詳細地研究了超疏水錶面對泡沫的影響。這些表面具有微觀的粗糙度,這能防止液體粘附在上面。液體在只有幾微米–百萬分之一米–的小柱子上,另還有一層連續的空氣膜。
“我們問自己,我們是否可以使用這樣的表面來防止泡沫的形成,甚至溶解現有的泡沫,”這項研究的論文第一作者William Wong說道。據悉,這個想法是,細小的柱子在接觸時破壞了泡沫的穩定性並導致它們破裂,然後泡沫內的空氣被釋放並通過超疏水層中的連續空氣層逃逸,而得到的結果是:泡沫溶解/消散,這一切無需化學添加劑或機械(耗能)攪拌。
研究人員為了在實驗中證明他們的想法在玻璃杯的內部塗上了一層薄薄的超疏水層,另外還在玻璃杯中註入啤酒和肥皂水。為了準確地研究泡沫的形成或分解細節,研究人員使用了包括高速攝影和數字全息技術在內的多種科學方法。
“在我們看來,這種表面跟泡沫有關的特性長期以來一直被低估,”Doris Vollmer說道,“我們能夠表明,超疏水性表面能有效地破壞預先存在的泡沫並最先防止泡沫的形成。”
根據科學家們的說法,塗層玻璃表面可以幫助加快未來的填充過程,而無需添加額外的物質。
這些結果現在已發表在《Nature Communications》上。