科学家解开不同温度下尖尖的液滴形成的原因

某种类型的油滴在冷却和收缩时会改变形状：从球形到二十面体再到扁平六边形。两种相互竞争的理论无法完全解释这一点，但是现在，Ireth García-Aguilar和Luca Giomi的《物理评论》杂志解开了这个谜团。

这是一个意外的发现。索非亚大学的保加利亚研究人员正在研究水中的烷烃小油滴，研究人员用类似肥皂的表面活性剂分子对其进行稳定，这与蛋黄酱中的乳状液滴相似，它们还被包裹在烷烃分子和表面活性剂的冷冻单层中。

当研究人员摆弄它们时，意识到有一些特别的事情正在发生。当温度降低时，液滴从普通的球形转变为奇怪的、类似水晶的二十面体形状，而在更低的温度下，它们变成了四边的菱形或六边形，在角落里有越来越多的触角。

大约在同一时间，这封信的共同作者Eli Sloutskin领导的以色列巴伊兰大学的另一个小组进行了类似的观察，并进一步认识到，与大液滴相比，小液滴更容易改变其形状。

这很有启发性，我们可以用物品的弹性现象来解释它，大的片状物体弹性会比小的更软，更容易弯曲，人们可以通过拿着一张纸的一面来验证这一点：一张A4纸在自己的重量下会立即弯曲，但一张较小的纸，如邮票，会保持笔直。纸张越大，它所经历的扭矩越大，就越容易弯曲"。

索菲亚大学的研究小组本身提出了一个理论，即表面活性剂层下面的一个特殊的薄层导致了边缘的出现。但是后来，Sloutskin实验室的详细显微镜图像，并没有看到这样一个层。为了解释形状转换以及反常的尺寸依赖性，莱顿物理学家不得不在他们的模型中加入四个不同的成分：表面张力、重力、缺陷和自发曲率。后者是形成固体层的分子形状的一种影响，当长的分子像火柴一样堆在盒子里时，界面是平的，但是当分子的一个端点比另一个端点更胖时，产生的膜可能会出现曲率。

虽然缺陷和重力倾向于使液滴弯曲，但表面张力倾向于恢复球形形状。但是，在自发曲率存在的情况下，随着液滴变小，这种效应变得更弱，从而使小液滴容易出现切面。研究人员在《物理评论快报》的一篇论文中写道，这解释了这种神秘的行为。然而，还有一个现象暂时无法解释，那就是在最低温度下形成的奇怪触角。