捕捉泡泡上的纹路

吹泡泡想必是许多人心中珍贵的儿时回忆，但不知道大家是否注意过泡泡表面五彩缤纷的纹路，通常它们都是不规则的，但美国史丹佛大学(Stanford University)发现他们能“捕捉”泡泡上的纹路。

泡泡上产生纹路的原理为“马伦哥尼效应”(Marangoni effect)，简单来说是两液体交会时，表面张力强的液体会把张力较弱的液体拉过来，以均衡整个接口的张力。肥皂泡泡是由酯酸盐类分子及水构成，泡泡形成时，由于各处厚度不均匀，造成表面张力不同，因此酯酸盐类分子会在泡泡表面移动，以平衡张力，于是形成了带有颜色却又奇形怪状的美丽纹路。形成泡泡时，表面厚度的不均匀通常都随机无法预测，因此也就难以控制，史丹佛大学化工系教授Gerald Fuller想到一个妙招，让泡泡上的纹路可以被锁定(请见影片)。
原理简述如下：他们将肥皂溶液放在一个含有电动马达的塑胶容器中，利用浸在溶液中的毛细管在尖端先产生一个约1mm大小的空气气泡，电动马达将毛细管往上推，当气泡被推出液面时便会形成肥皂泡泡。一开始他们直接把气泡往上推，表面的纹路会在泡泡向上的过程中随机移动，影片可以清楚看到形成泡泡时表面纹路的不可预测性;但接着他们改变产生泡泡的方式，推一小段毛细管，停下来，再推一小段，再停下来，重复数次，表面一圈一圈的纹路就会被边边新产生的纹路挤到中间，因而不会散掉，就好像他们将纹路一次又一次的捕捉起来关在泡泡中央。
控制泡泡纹路要干嘛？
又不是吃饱太闲，凭什么这种研究可以登上科学期刊？研究团队表示：因为泡泡是研究液体表面现象最简单的方法。17世纪鼎鼎大名的科学家牛顿便是用泡泡来研究光学，1991年诺贝尔物理学奖得主法国物理学家皮埃尔-吉勒·德热纳(Pierre-Gilles de Gennes) 也曾在诺贝尔讲座讨论泡泡及界面活性剂的行为。本篇论文作者Gerald Fuller教授过去曾研究配戴隐形眼镜造成眼睛干涩、置换新生儿的肺表面张力素，以治疗新生儿呼吸窘迫综合征(neonatal respiratory distress syndrome，NRDS)，这些研究牵扯到生物体，要进行实验相当困难，因此找到简单的模型，了解基本机制或许能让我们更了解复杂的系统。Gerald Fuller教授认为这些研究都能因为更了解泡泡表面流体的运动机制而受益。
原始论文及影片出处：Bhamla， M. Saad， and Gerald G. Fuller. "Placing Marangoni instabilities under arrest." Physical Review Fluids 1， no. 5 (2016): 050506.