從小吹過(guò)泡泡的小伙伴應(yīng)該都知道，在陽(yáng)光下呈現(xiàn)美麗色彩的肥皂泡絢爛很脆弱。現(xiàn)在的我們已經(jīng)知道，泡泡的形成，歸因于表面活性劑的加入降低了水的表面張力；而泡泡之所以轉(zhuǎn)瞬即逝，往往是液膜的蒸發(fā)、重力導(dǎo)致的頂部液膜變薄、液膜的表面張力以及異物比如塵埃的侵入等多重原因的結(jié)果，而且由于泡泡內(nèi)部氣體向外部的擴(kuò)散，泡泡還很容易收縮。說(shuō)到這里，讓我們開(kāi)一下腦洞，如果解決了這些問(wèn)題，短命的泡泡是否能挑戰(zhàn)命運(yùn)，逆襲成“泡泡恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”？ 如果結(jié)冰也算給泡泡續(xù)命的方法…近期，法國(guó)里爾大學(xué)的研究人員們?cè)O(shè)計(jì)了一種復(fù)合液膜，解決了上述問(wèn)題，在標(biāo)準(zhǔn)大氣中成功地將泡泡的壽命從一分鐘延長(zhǎng)到一年多。研究人員在泡泡液中添加了聚酰胺-11微顆粒，于是吹出來(lái)的泡泡液膜中布滿這種塑料微粒，抑制了重力引起的液面分布不均。他們還添加了甘油用于提高泡泡液膜的穩(wěn)定性，甘油可以吸收空氣中的水分子從而抵消液膜中的水蒸發(fā)。這二者完美配合，使得泡泡可完完整整地在標(biāo)準(zhǔn)大氣中保持超過(guò)一年（達(dá)465天）。他們還通過(guò)非線性模型研究了泡泡液膜的獨(dú)特性質(zhì)，并可根據(jù)泡泡的初始組成和周?chē)髿忸A(yù)測(cè)其命運(yùn)。這個(gè)破紀(jì)錄的“最長(zhǎng)壽”泡泡發(fā)表在了Physical Review Fluids 上。Nature 雜志官網(wǎng)也為此做了亮點(diǎn)報(bào)道（Research Highlight）。[1] 為了吹出壽命更長(zhǎng)的泡泡，童心未泯的前人們可謂大費(fèi)周折，從最基本的改變泡泡配方，到在水蒸氣飽和的氣氛中防止泡泡蒸發(fā)、阻隔粉塵影響、抑制外界機(jī)械振動(dòng)，但由于拉普拉斯超壓（Laplace overpressure）引起的內(nèi)部空氣在外部大氣中的擴(kuò)散引起的氣泡收縮仍然會(huì)發(fā)生。在本項(xiàng)研究中，研究人員將部分潤(rùn)濕微顆粒添加到泡泡液中，形成具有復(fù)合液膜的泡泡，用來(lái)抵抗重力的不利影響。這些泡泡也因而能進(jìn)行一些“反直覺(jué)”的操作，例如在固體表面上滾動(dòng)，甚至還能夠握在手中。  三種不同類(lèi)型的泡泡。（a）普通肥皂泡1分鐘就破了；（b）添加微顆粒支撐的泡泡9分鐘后也完全干透；（c）本文提及的長(zhǎng)壽命泡泡維持了9個(gè)月依然完好如初。 顯然，純水泡泡會(huì)隨著水的蒸發(fā)而香消玉殞?zhuān)诓煌h(huán)境濕度下，只是蒸發(fā)的速度不同而已。如果加入不同配比的甘油，情況就會(huì)大大不同。甘油與水分子具有很強(qiáng)的親和力，可以與之產(chǎn)生氫鍵，從而具有吸濕性，用來(lái)抵消水蒸發(fā)帶來(lái)的影響。有趣的是，無(wú)論在肥皂水中加入多少比例甘油，最終泡泡中甘油與水的比例都會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。 文1-2.jpg 純水和水/甘油泡泡在不同濕度環(huán)境下質(zhì)量隨時(shí)間的變化 研究人員進(jìn)一步探究了泡泡中初始甘油質(zhì)量比和相對(duì)濕度的關(guān)系。當(dāng)水/甘油混合物與相對(duì)濕度為h的潮濕空氣接觸時(shí)，它將趨向于上圖中的藍(lán)色虛線代表的平衡甘油質(zhì)量比ωgeq。當(dāng)初始甘油質(zhì)量比ωgo接近該平衡值時(shí)，泡泡會(huì)通過(guò)蒸發(fā)一些水分（當(dāng)ωgo<ωgeq時(shí)）或從空氣中吸收一些水分（當(dāng)ωgo＞ωgeq時(shí)）而朝著最終穩(wěn)定的平衡狀態(tài)演化，這種情況下，泡泡的壽命大大延長(zhǎng)。不過(guò)，若初始甘油質(zhì)量比離該平衡值太遠(yuǎn)，泡泡同樣還會(huì)是“命不久矣”。 初始甘油質(zhì)量比和相對(duì)濕度的復(fù)雜關(guān)系決定著泡泡的命運(yùn)。 研究人員建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)定量再現(xiàn)這種質(zhì)量演變趨勢(shì)。泡泡的質(zhì)量ml由水蒸發(fā)通量和甘油的吸水通量之間的平衡來(lái)決定，而水蒸發(fā)通量則與氣泡表面存在的水分子量成正比，并且由蒸汽濃度梯度驅(qū)動(dòng)。最終模型可以很好的擬合上圖中的質(zhì)量演變曲線，根據(jù)初始甘油濃度ωgo和相對(duì)濕度h推導(dǎo)出短命泡泡和長(zhǎng)壽泡泡之間過(guò)渡的標(biāo)準(zhǔn)。附著在金屬框架上的液體薄膜的壽命。（a）普通肥皂泡平面液膜；（b）覆蓋有部分潤(rùn)濕微顆粒的液膜；（c）覆蓋有微顆粒的水/甘油液膜；（d）覆蓋有微顆粒的水/甘油金字塔形液膜。 這種簡(jiǎn)單策略下產(chǎn)生的長(zhǎng)壽泡泡對(duì)空氣中的灰塵等刺激物不敏感，并且在泡泡壽命周期中也沒(méi)有觀察到半徑改變，這表明由于拉普拉斯超壓引起的收縮也得以抑制。此外，在標(biāo)準(zhǔn)大氣中保持達(dá)465天的這個(gè)破紀(jì)錄的“最長(zhǎng)壽”泡泡，泡膜仍是液態(tài)，戳破的時(shí)候和普通肥皂泡沒(méi)什么太大區(qū)別。