Мыльные пузыри как источник инноваций

В ФИАНе проведены исследования мыльно-желатиновых пленок, где обнаружены любопытные свойства - повышение упругости и прочности, сулящие большие технологические перспективы, сообщается в пресс-релизе института.

Ученые ожидают, что подобными механическими характеристиками будут обладать самые тонкие монослойные графеновые пленки больших размеров (но только тогда, когда они появятся). До той поры экспериментаторы получают возможность отрабатывать технологии на образцах схожих мыльно-желатиновых пленок.

Учёные Физического института РАН имени П.Н. Лебедева обнаружили, что на прозрачных жидких плёнках при введении в них даже небольших световых потоков образуются световые треки шириной 10-20 мкм, распространяющиеся по поверхности плёнки наподобие молний. Эти образования появляются в результате давления света на поверхность плёнки.

Для детального изучения этого явления учёные считают необходимым использовать более вязкую субстанцию, чем обычная водно-мыльная мембрана, так как там треки распространяются слишком быстро. После многочисленных экспериментов выбор учёных пал на водно-желатиновый раствор. Помимо оптических свойств, плёнки неожиданно сами по себе обнаружили любопытные механические характеристики.

Мыльно-желатиновые плёнки обладают удивительной прочностью и упругостью: в отличие от обычных мыльных пузырей, они способны сохранять эластичность и форму и в герметичном пространстве и даже на открытом воздухе. Дело в том, что в соединении желатина с глицерином и специально подобранным мылом возникает новая структура связей длинных молекул желатина и глицерина, напоминающая резину.

Механические свойства желатиновых плёнок представляют большой практический интерес для самых разных направлений в оптике. В то время как для водных мыльных пленок допустимая нагрузка составляет около 0,07 г/см, желатиновая пленка выдерживает нагрузку около 1 г/см.

Подсохшая мыльно-желатиновая пленка диаметром 57 мм многократно выдерживает нагрузку от пластмассового шарика и затем (как резиновая мембрана) за секунды полностью восстанавливается от прогиба при снятии нагрузки .

Эта нагрузка на пленку может быть в виде не взаимодействующей с ней жидкостью, которая, собираясь в центре, превращается в жидкую линзу с переменным фокусным расстоянием, причём её параметры можно менять, варьируя нагрузку или давление воздуха под пленкой.

Железный шарик (5 мм) на подсохшей мыльно-желатиновой пленке диаметром 100 мм, натянутой на чашке Петри, до дна продавил ее и прилип к пленке. С помощью магнита этот шарик поднимается и тянет за собой пленку. Опыт показывает высокую упругость и прочность пленки, которая после большой деформации и отрыва шарика не повреждается и сохраняет свои зеркальные свойства.

Если жидкость будет полимеризующейся, как эпоксидная смола, то после застывания на пленке она без дополнительной обработки превращается в асферическую прозрачную линзу с оптически гладкими поверхностями и малым фокусным расстоянием, настоящий подарок природы для специалистов.

Изготовленные по такой технологии линзы отличаются бОльшими размерами благодаря увеличению поверхностного натяжения наливаемых на плёнку жидкостей: если раньше из обычных затвердевающих капель можно было делать только линзы Левенгука - около 1 мм, - то с желатиновой пленкой их размер увеличивается в десятки раз. При этом, в отличие от обычных капель, у них гладкими являются и нижняя, и верхняя поверхность.

Эпоксидная линза диаметром 16 мм с фокусным расстоянием около 5 мм при фокусировке солнечного света легко поджигает копировальную бумагу

При доработке технологии изготовления таких линз их свойства, несомненно, могут быть улучшены.

Научный интерес могут представлять и другие свойства мыльно-желатиновых плёнок: тепло- и электропроводные свойства, способность дополнительно обработанных пленок контактировать и прилипать к различным поверхностям и их прочность, а также возможность получения из тянущегося застывающего мыльно-желатинового раствора тонких длинных нитей и световодов, обладающих прочностью паутины. Теоретики предсказывают, что подобными свойствами будут обладать монослойные графеновые пленки, но до тех пор, пока графеновые пленки больших размеров недоступны, экспериментаторы могут оттачивать свое мастерство на похожих по свойствам образцах мыльно-желатиновых пленок.