科學家解開不同温度下尖尖的液滴形成的原因

某種類型的油滴在冷卻和收縮時會改變形狀：從球形到二十面體再到扁平六邊形。兩種相互競爭的理論無法完全解釋這一點，但是現在，Ireth García-Aguilar和Luca Giomi的《物理評論》雜誌解開了這個謎團。

這是一個意外的發現。索非亞大學的保加利亞研究人員正在研究水中的烷烴小油滴，研究人員用類似肥皂的表面活性劑分子對其進行穩定，這與蛋黃醬中的乳狀液滴相似，它們還被包裹在烷烴分子和表面活性劑的冷凍單層中。

當研究人員擺弄它們時，意識到有一些特別的事情正在發生。當温度降低時，液滴從普通的球形轉變為奇怪的、類似水晶的二十面體形狀，而在更低的温度下，它們變成了四邊的菱形或六邊形，在角落裏有越來越多的觸角。

大約在同一時間，這封信的共同作者Eli Sloutskin領導的以色列巴伊蘭大學的另一個小組進行了類似的觀察，並進一步認識到，與大液滴相比，小液滴更容易改變其形狀。

這很有啓發性，我們可以用物品的彈性現象來解釋它，大的片狀物體彈性會比小的更軟，更容易彎曲，人們可以通過拿着一張紙的一面來驗證這一點：一張A4紙在自己的重量下會立即彎曲，但一張較小的紙，如郵票，會保持筆直。紙張越大，它所經歷的扭矩越大，就越容易彎曲"。

索菲亞大學的研究小組本身提出了一個理論，即表面活性劑層下面的一個特殊的薄層導致了邊緣的出現。但是後來，Sloutskin實驗室的詳細顯微鏡圖像，並沒有看到這樣一個層。為了解釋形狀轉換以及反常的尺寸依賴性，萊頓物理學家不得不在他們的模型中加入四個不同的成分：表面張力、重力、缺陷和自發曲率。後者是形成固體層的分子形狀的一種影響，當長的分子像火柴一樣堆在盒子裏時，界面是平的，但是當分子的一個端點比另一個端點更胖時，產生的膜可能會出現曲率。

雖然缺陷和重力傾向於使液滴彎曲，但表面張力傾向於恢復球形形狀。但是，在自發曲率存在的情況下，隨着液滴變小，這種效應變得更弱，從而使小液滴容易出現切面。研究人員在《物理評論快報》的一篇論文中寫道，這解釋了這種神秘的行為。然而，還有一個現象暫時無法解釋，那就是在最低温度下形成的奇怪觸角。