Ученые раскрыли секрет контроля липких пленок, что улучшит технологии от печати до фармацевтики

Нитевидные структуры, образовавшиеся после ночного испарения жидкости кувшиночника N. Rafflesiana на поверхностях (a) полистирола и (b) боросиликатного стекла. (c) Принудительное сжатие сидячей капли N. Rafflesiana на боросиликатном стекле, вызванное отбором жидкости через пипетку, обозначенную P. Автор: Physical Review Fluids (2025). DOI: 10.1103/wlft-3zl6

Новое исследование Кембриджского университета объясняет, почему липкие жидкости не всегда распределяются равномерно. Это знание может помочь сократить отходы, улучшить качество продукции и сделать повседневные технологии более надежными.

Исследование, проведенное аспирантом Сакшамом Шармой в исследовательской группе «Частицы, мягкие твердые тела и поверхности», показало, что существует критическая толщина, при которой отступающая жидкая пленка становится нестабильной. Ниже этой толщины пленка распадается и при отступлении оставляет равномерно расположенные линии жидкости.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Fluids в прошлом месяце, подчеркивает хрупкий баланс сил. Свойства жидкости, поверхность, по которой она движется, и скорость ее отступления — все вместе определяет, останется ли пленка гладкой или распадется.

Понимание этого баланса является ключом к совершенствованию производственных процессов. Зная, насколько тонкой может быть пленка перед разрушением, инженеры могут разрабатывать более стабильные, эффективные и менее расточительные покрытия и этапы сушки.

Работа была вдохновлена жидкостями, вырабатываемыми кувшиночниками, которые используют липкие нити для ловли насекомых. Такое же поведение команда обнаружила в лабораторных экспериментах с каплями вязких жидкостей, которые всасывали пипеткой или просто оставляли испаряться.

Чтобы раскрыть физику этого эффекта, команда провела простой, но показательный эксперимент. Они погружали стеклянные пластины в жидкости, а затем медленно поднимали их вверх, оставляя после себя отступающую пленку. Наблюдение за пленкой в контролируемых условиях выявило точный момент, когда она начинала дестабилизироваться.

Математический анализ подтвердил выводы. Он показал, почему появляются нити, и предсказал, насколько далеко они будут друг от друга, в зависимости от свойств жидкости и поверхности.

Понимание, полученное в результате этого исследования, имеет решающее значение для многочисленных применений тонких пленок. Неровное лакокрасочное покрытие, полосатые чернила и пятнистые покрытия — все это результат одной и той же скрытой физики. От печати и упаковки до пищевой и фармацевтической промышленности — знание того, когда тонкая пленка жидкости останется гладкой, а когда распадется на нити, может означать разницу между продуктом, который работает, и продуктом, который не работает.

Сакшам Шарма прокомментировал: «То, что выглядит как простая капля на стекле, на самом деле является тонким соревнованием сил. Понимая, когда и почему пленки распадаются, мы можем превратить обычное наблюдение в практические идеи для технологий, от которых мы все зависим».

Больше информации: Saksham Sharma et al, Newtonian and non-Newtonian thin films create finite-time filaments: Experiments and theory, Physical Review Fluids (2025). DOI: 10.1103/wlft-3zl6

Источник: Department of Chemical Engineering and Biotechnology, University of Cambridge