Enkele van de snelste videocamera's die ooit zijn ontwikkeld, zijn door KAUST-onderzoekers gebruikt om te verduidelijken hoe veranderingen op moleculaire schaal aan wateroppervlakken de prestaties van zuiveringen op industriële schaal kunnen beïnvloeden.

Een factor die de stabiliteit van emulsies beïnvloedt, is hoe snel kleine belletjes of druppeltjes samenkomen tot grotere druppeltjes. Ivan Vakarelski, een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Sigurdur Thoroddsen, merkt op dat dit soort samensmelting wordt aangedreven door variabelen variërend van belgrootte, botssnelheid, en de "vrijheid" van moleculen die zich op vloeibare oppervlakken bevinden.

"Als vloeistoffen in contact komen met een vaste stof, ze hebben de neiging om te kleven vanwege sterke moleculaire krachten. In tegenstelling tot, een schone vloeistof die aan lucht wordt blootgesteld, kan relatief gemakkelijk meebewegen - we noemen dat een mobiele interface, " legt Vakarelski uit. "Het is een fundamentele eigenschap die het gedrag van veel schuimen en emulsies bepaalt."

Onlangs, Thoroddsen en zijn team gebruikten hun expertise op het gebied van high-speed beeldvorming om botsingen te observeren tussen luchtbellen gevormd in een perfluorkoolstof, een vloeistof met een viscositeit die vergelijkbaar is met die van water en die kan worden geraffineerd tot een ultrazuivere staat. Tot hun verbazing, deze bellen vloeiden niet zo snel samen als verwacht. In plaats daarvan, de hoge mobiliteit van het lucht-perfluorkoolstof-interface zorgde ervoor dat de bellen herhaaldelijk van elkaar afkaatsten voordat ze samensmolten.

In hun laatste werk, de KAUST-onderzoekers breidden hun onderzoek uit tot 's werelds belangrijkste vloeistof:water. Een schone lucht-waterinterface hoort mobiel te zijn, echter, talrijke studies suggereren dat ze een lage moleculaire vrijheid hebben omdat ze zeer vatbaar zijn voor besmetting.

Om dit dilemma op te lossen, Vakarelski hielp bij het ontwerpen van een experiment waarbij dunne films van vetzuren werden gebruikt om een ​​vrij wateroppervlak volledig te immobiliseren. Vervolgens, ze lieten millimetergrote luchtbellen vrij die naar de interface dreven en erin neerstortten. Toen beelden van de terugkaatsende bubbels werden vergeleken met die van gezuiverde wateroppervlakken, het team zag dat de vetzuurfilm de mate van stuiteren drastisch verminderde.

"Een algemene overtuiging is dat als water eenmaal in een laboratorium aan de atmosfeer wordt blootgesteld, het is onmogelijk om het schoon genoeg te houden om mobiel te zijn, ", zegt Vakarelski. "Echter, onze studie toont aan dat dit niet correct is - een standaard zuiveringsapparaat produceert een interface die bellen vrij sterk terugkaatst."

Succesvolle tests van deze aanpak met andere vloeistoffen, zoals ethanol, geven aan dat bellenanalyse kan helpen bij het oplossen van problemen in voedselverwerkingstoepassingen en chemische productie.