Schuim is overal te vinden, in zepen en wasmiddelen, schuimgebakjes, bier schuim, cosmetica en isolatie voor kleding en bouw. De toepassing van schuimen heeft de neiging om te profiteren van hun unieke structuur, daarom is het zo belangrijk om te begrijpen hoe hun structuur in de loop van de tijd kan veranderen.

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben de dynamiek van schuim bestudeerd. Toen een druppel water aan een schuimvlot werd toegevoegd, de bubbels herschikten zichzelf om een ​​nieuwe stabiele toestand te bereiken. Het team ontdekte dat de beweging van bellen kwalitatief verschillend was, afhankelijk van het bereik van de aanwezige bellen. Samen met analogieën met zacht vastgelopen materialen, deze bevindingen kunnen inspireren tot het ontwerp van nieuwe schuimmaterialen voor de industrie.

Het team, onder leiding van Prof. Rei Kurita van de Tokyo Metropolitan University, heeft vloeibare schuimen bestudeerd, zoals die gemaakt met wasmiddel en water. Ze waren geïnteresseerd om te begrijpen hoe de bubbels van een schuim zichzelf herschikken. Terwijl eerdere studies meestal een kracht op het schuim uitoefenden met een prik opzij, het team koos voor de veel zachtere methode om een ​​kleine hoeveelheid water toe te voegen, de bubbels behouden, maar de omstandigheden voldoende veranderen zodat de bubbels zichzelf kunnen herschikken en een nieuwe stabiele toestand kunnen vinden. Dit maakte het veel gemakkelijker om te zien hoe subtiele omgevingsprikkels of verstoringen leiden tot kleine, geïsoleerde bubbelontspanningsevenementen.

Door de bubbels te filmen die zichzelf herschikken, het team toonde voor het eerst aan dat herschikkingen fundamenteel anders waren, afhankelijk van het bereik van de belgroottes in het schuim. Toen de bellen ongeveer even groot waren, of monodispers, ze rangschikten zich in een zeshoekige, honingraat vorming. Bij het toevoegen van water, de bellen die bewogen, hadden de neiging om over lange afstanden in dezelfde richting te schudden, langs de lijnen van de honingraat. Omgekeerd, toen er veel kleine en grote deeltjes waren, de aanvankelijke regeling was veel minder geordend. Herschikkingen in dit polydisperse schuim waren willekeurig, met aangrenzende bellen die in allerlei richtingen bewegen. Met de video's die ze maakten, kon het team een ​​dynamische correlatielengte extraheren, de lengteschaal waarover bellen in dezelfde richting bewegen. Het volgen van hoe deze lengte verandert onder verschillende omstandigheden is cruciaal om schuimmaterialen in het brede kader van de fysica van de gecondenseerde materie te plaatsen. interessant, de unieke gecorreleerde beweging die in het hexagonale schuim werd waargenomen, was niet afhankelijk van aangrenzende bellen die in contact waren:ze moesten gewoon dichtbij genoeg zijn om goed geordende patronen te vormen.

Het team vergeleek dit gedrag vervolgens met simulaties van pakkingen van zachte deeltjes met verschillende groottes. Ze vonden zeer vergelijkbaar gedrag, duidelijk laten zien dat dit geen gril van vloeibaar schuim was, maar een algemeen kenmerk van zachte deeltjes die aan elkaar zijn vastgelopen. Deze inzichten in hoe schuimen reageren op de meest subtiele omgevingssignalen kunnen op een dag informeren hoe schuim stabiel of vloeibaar wordt gehouden, en hoe zacht vastgelopen materialen worden behandeld in industriële processen.