’n Sekere tipe oliedruppels verander van vorm wanneer dit afgekoel en gekrimp word: van sferies deur icosahedral tot plat seskantig. Twee mededingende teorieë kon dit nie volledig verduidelik nie, maar nou los 'n Fisiese Hersieningsbrief deur Ireth García-Aguilar en Luca Giomi die raaisel op.
Dit was 'n toevallige ontdekking. Bulgaarse navorsers aan die Universiteit van Sofia het klein olierige druppels alkane in water bestudeer, gestabiliseer met seepagtige benatter-molekules. "Dit is soortgelyk aan die emulsiedruppels in mayonnaise," sê Luca Giomi, "en daarby is hulle in 'n bevrore monolaag van alkaanmolekules en oppervlakaktiewe stowwe ingesluit."
Toe die Bulgare met hulle rondspeel, het hulle besef iets besonders is aan die gang. Toe die temperatuur verlaag is, het die druppels van gewone sferiese vorms na vreemde, kristalagtige ikosaëdriese vorms verskuif. By selfs laer temperature het hulle in vierkantige ruite of seshoeke verander, met groeiende tentakels by die hoeke.
Ongeveer dieselfde tyd het 'n ander groep by die Bar-Ilan Universiteit in Israel onder leiding van Eli Sloutskin, 'n mede-outeur van hierdie brief, soortgelyke waarnemings gemaak en verder besef dat klein druppels meer geneig is om hul vorm te verander in vergelyking met groot druppels.
Eksotiese
“Dit is inspirerend, dit is baie eksoties en iets wat jy nie sou verwag nie,” sê Giomi. Normaalweg is groot elastiese velle slaperiger en meer geneig om te buig as klein blaaie. “ ’n Mens kan dit verifieer deur ’n vel papier aan die een kant te hou: ’n A4-vel buig dadelik onder sy eie gewig, maar ’n kleiner vel, so ’n posseël, sal reguit bly. Hoe groter die plaat, hoe hoër die wringkrag wat dit ervaar, hoe makliker buig dit.”
Die groep by Sofia Universiteit het self 'n teorie gevorder waarin 'n spesiale dun laag onder die oppervlakaktiewe laag die rande veroorsaak, "maar later, gedetailleerde mikroskopiebeelde deur Sloutskin se laboratorium, het nie so 'n laag gesien nie," sê Giomi.
Om die vormtransformasies sowel as die afwykende grootte-afhanklikheid te verduidelik, moes Leidse fisici vier verskillende bestanddele in hul model insluit: oppervlakspanning, swaartekrag, defekte en spontane kromming. Laasgenoemde is 'n effek van die vorm van molekules wat die soliede laag vorm. Wanneer lang molekules soos vuurhoutjies in 'n boks gestapel word, is die raakvlak plat, maar wanneer een van die molekules se punte vetter as die ander is, kan die resulterende membraan 'n voorkeurkromming hê.
Vreemde tentakels
Terwyl defekte en swaartekrag geneig is om die druppels te buig, is oppervlakspanning geneig om die sferiese vorm te herstel. Maar in die teenwoordigheid van spontane kromming, word hierdie effek swakker namate druppels kleiner word, wat dus klein druppels geneig is tot fasetering. Dit verklaar die geheimsinnige gedrag, skryf die navorsers in 'n referaat in Physical Review Letters.
Een ding moet egter verduidelik word: die vreemde tentakels wat by die laagste temperature ontwikkel. "Maar ons het idees," sê Giomi.
Hierdie tipe navorsing is fundamenteel en nuuskierigheid-gedrewe, voeg hy by. Die gedrag van lewende selle is egter altyd 'n inspirasie. "Biologiese selle het 'n buitengewone vermoë om hul vorms met verskillende omstandighede te verander."
Een van Giomi se navorsingsonderwerpe is hoe kankerselle daarin slaag om hul hoofgewas af te skei en binne die liggaam te migreer om dodelike metastases te vorm. Giomi: "Kankerselle moet dramatiese vormveranderinge ondergaan om dit te kan doen." Om te verstaan hoe eenvoudige mikrongrootte voorwerpe outonoom hul vorm kan aanpas, kan van kritieke belang wees om hierdie prosesse te ontsyfer.
Verwysing: "Facetering and Flattening of Emulsion Droplets: A Mechanical Model" deur Ireth García-Aguilar, Piermarco Fonda, Eli Sloutskin en Luca Giomi, 21 Januarie 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.038001
