Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han revelado cómo colapsan las espumas líquidas al observar eventos de colapso individuales con microscopía de video de alta velocidad. Descubrieron que las grietas en las películas provocaban un retroceso del frente líquido que barre el borde de la película original. invierte su forma, y suelta una gota, que golpea y rompe otras películas. Sus observaciones y modelo físico proporcionan información clave sobre cómo hacer que las espumas sean más o menos resistentes al colapso.

Comprender cómo colapsan las espumas es un asunto serio. Ya sea para asegurar que las espumas de extinción de incendios se adhieran el tiempo suficiente para apagar las llamas, limpiar espumas tóxicas en mares y ríos, o simplemente conseguir la subida perfecta en un pastel, comprender cómo se colapsan los materiales de espuma es vital para adaptar sus propiedades, tanto para mantener las espumas por más tiempo como para ayudarlas a desaparecer más rápido.

Un equipo dirigido por el profesor Rei Kurita de la Universidad Metropolitana de Tokio ha estado llevando a cabo experimentos de microscopía de video de alta velocidad con espumas líquidas. Al generar espumas intercaladas entre dos delgadas, platos transparentes, tienen acceso directo a toda la gama de fenómenos complejos que ocurren cuando comienzan a colapsar. En trabajos anteriores, demostraron que una forma clave en la que las espumas colapsan es a través de la generación de gotitas cuando las películas individuales se rompen. Estas gotitas vuelan a altas velocidades y rompen otras películas circundantes, dando lugar a una cascada de roturas que hacen que la espuma se rompa. Todavía, aún no se sabía cómo se formaron exactamente las gotas. En tono rimbombante, no estaba claro cuándo se formaron las gotas y cuándo no.

Ahora, el equipo ha comenzado a desentrañar el complejo mecanismo detrás de cómo se fabrican estas gotas. Cuando se forma una grieta inicial en una película, la película retrocede y deja una línea ondulante de líquido donde estaba el borde de la película original, llamado el borde de la meseta vertical liberada (RVPB). Mientras se tambalea, hay una acumulación de líquido en el centro del RVPB. Cuando se crea una nueva grieta en la película restante, se crea una línea de líquido que retrocede, que barre la RVPB.

Curiosamente, Los videos mostraron que este frente tiene una tendencia a invertirse en forma a medida que viaja. El equipo descubrió que esto se debe en gran parte a un efecto inercial, ya que la parte central más pesada se mueve menos bajo una fuerza constante. En tono rimbombante, es esta inversión la que finalmente hace que se libere una gota, iniciando una cascada de eventos de rotura de película. Su trabajo contrasta con las investigaciones anteriores que analizaron películas individuales de pie; la acumulación de líquido en medio de los RVPB solo es posible dentro de las espumas, donde el líquido puede ser suministrado por películas y bordes circundantes. Se demostró que el modelo físico que desarrollaron para describir la dinámica brinda predicciones confiables de la velocidad del frente y escalas de tiempo relevantes.

Finalmente, el equipo reemplazó los reactivos de laboratorio con un detergente doméstico y repitió el experimento, creando una espuma mucho más duradera. Cuando una burbuja estalla a un lado, encontraron una acumulación similar de líquido en el centro de los RVPB, aunque significativamente menos que antes. La elasticidad mejorada de la película también significaba que era extremadamente improbable que se formaran dos grietas en la misma película; eso significaba que no se formaron gotas, es decir., sin colapso colectivo de la burbuja:a la luz del mecanismo que se encuentra arriba, esto muestra de manera concluyente que tanto menos transporte dentro de los RVPB como menos grietas contribuyeron directamente a la estabilidad de la espuma. Conocimientos como estos son vitales para orientar el diseño de nuevos materiales de espuma con propiedades mejoradas; el equipo espera que su trabajo pueda inspirar materiales de aislamiento de última generación, detergentes, productos alimenticios y cosméticos.