В то время как пена, безусловно, желательна в ванне или пиве, предотвращение образования пены — например, в промышленных процессах — является широко обсуждаемой темой. Часто в жидкости добавляют масла или частицы для предотвращения пенообразования. Если они вредны для здоровья или окружающей среды, их необходимо снова удалить комплексными методами. Группа ученых из Института исследований полимеров имени Макса Планка показала, что для предотвращения пенообразования можно использовать так называемые «суперамфифобные поверхности».
Например, для пива в стакане желательно образование пены, но ее следует избегать при розливе пива в бутылки, чтобы ускорить процесс розлива.
Образование пены также часто нежелательно в других промышленных процессах, особенно если оно приводит к утечкам и загрязнению окружающей среды.
В пенах соседние пузырьки воздуха отделены друг от друга тонкой пленкой жидкости. Для образования и стабилизации пены добавляют поверхностно-активные вещества, такие как поверхностно-активные вещества, часто липиды или белки.
Многие жидкости, такие как пиво и мыльная вода, содержат такие поверхностно-активные молекулы, которые стабилизируют пену. Поэтому для предотвращения пенообразования необходимо добавлять дополнительные химические вещества, такие как масла, воски или микрочастицы.
Они помогают соседним пузырькам воздуха сливаться друг с другом, вызывая быстрое разрушение пены.
Ученые теперь более подробно исследовали влияние суперамфифобных поверхностей на пену. Эти поверхности имеют микроскопические шероховатости и, таким образом, препятствуют прилипанию к ним жидкостей: жидкость буквально «висит» на небольших столбиках высотой всего в несколько микрометров от поверхности.
«Мы задались вопросом, можем ли мы использовать такие поверхности, чтобы предотвратить образование пены или даже растворить существующую пену», — говорит Уильям Вонг, ведущий автор исследования.
Идея состоит в том, что тонкие столбики дестабилизируют пузырьки пены при контакте и заставляют их лопаться, как если бы иголкой проткнули воздушный шар. Затем воздух внутри пены высвобождается и выходит через непрерывный слой воздуха в суперамфифобном слое. Результат: пена растворяется/рассеивается без необходимости химических добавок или механического (энергозатратного) перемешивания.
Чтобы экспериментально подтвердить свою идею, исследователи покрыли внутреннюю часть стаканов тонким суперамфифобным слоем и наполнили стаканы пивом и мыльной водой.
Для точного детального изучения образования или разложения пены использовался широкий спектр научных методов, в том числе высокоскоростную фотографию и цифровую голографию.
«На наш взгляд, свойства таких поверхностей долгое время недооценивались», — говорит Дорис Воллмер. «Мы смогли показать, что суперамфифобные поверхности могут эффективно разрушать уже существующую пену, а также в первую очередь предотвращать образование пены».
По мнению ученых, стеклянные поверхности с покрытием помогут ускорить процессы розлива в будущем без добавления дополнительных веществ.