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抛块砖, 盼研究表面物理化学的童鞋详细分析 虽然可以搜索到很多肥皂泡结冰的视频, 但有关的专业文献我只找到一篇:
A.V. Grosse, Effect of Temperature on the Life of Soap Bubbles, and Their Solidification at Low Temperature, Science 153, 894-895 (1966)
这篇文章虽然发表在 Science 上, 但只被引了4次 (还有两次是自引), 可见研究这个现象的确实不多. (还是说不值得研究?) 并且这篇文章完全是对实验方法和实验现象的描述, 几乎没有任何对实验结果理论上的解释. 这篇文章用的是碳酸氢钠, 9,10二溴硬脂酸脂和甘油配成的溶液. 文章的主要实验结果有:
1) 在 -20°C 标准大气压下, 肥皂泡按照通常的方式膨胀和收缩.
2) 在 -30°C 时, 通过缓慢地吹入空气, 肥皂泡按通常的方式膨胀.
3) 在 -78°C 到 -80°C 时, 肥皂泡会在3.5个小时后变成了非常粘稠的玻璃态, 若让肥皂泡中的气体从吹气管中放出, 肥皂泡不会塌缩. 同时若进一步向泡中吹气, 气泡也不会再膨胀, 因为肥皂泡表面已经变成多空的.
4) 进一步缓慢降温至 -120°C 肥皂泡完全固化, 其上1/3部分萎缩起皱, 但下部仍十分光滑.... 这篇文章说 -78°C时肥皂泡才开始冻结, 而WIki中说 -15°C 时就可以看到肥皂泡落地前冻结了. 即使该文的溶液比较特殊但不知为什么会差这么多. 蒸发是肥皂沫破裂的重要原因之一. 由于肥皂膜中的水会不断蒸发, 所以肥皂膜会变得越来越薄, 当到达临界厚度时肥皂泡即会破裂 (通常是顶部先破, 因为重力作用使顶部比底部薄). 在室温和干燥的环境下, 肥皂泡的寿命通常只有几秒钟. 又因为降低温度可以降低水的蒸发速率, 因此降温确实可以延长肥皂泡的寿命. 这部分解释了为什么液泡没有在冻结的过程中因蒸发而破裂.
但我不清楚液泡凝结过程中固液交接处对肥皂膜的受力平衡有何种影响, 希望相关领域的童鞋进一步解释.
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