反バブル
薄い気体膜に囲まれた液滴
石鹸水に囲まれた水中の空気の泡防止
石鹸水の表面にある泡防止剤のクラスター

反気泡とは、薄い気体膜に囲まれた液滴のことです[1]。一方、気泡は液体に囲まれた気体の球体です。反気泡は、液体が同一または別の液体に滴下または乱流することで形成されます。反気泡は、水などの液体の表面を滑るように移動する（水滴とも呼ばれる）場合もあれば、液体中に完全に沈む場合もあります。

背景

アンチバブルは、空気泡に似ていることと、通常は一時的、つまり短命であるという性質から、一般的でありながら広く認識されていない現象です。 [2]特定の（石鹸）溶液を使用すると、アンチバブルをはるかに長く持続させることができます。[3]

アンチバブルは、石鹸を1～2滴加えた水の入った容器に蛇口から水を垂らすことで生成できます。また、超音波 造影剤を用いて生成した例もあります。[4]アンチバブルは本質的に不安定であるため、生成が困難です。[5] [6] 石鹸は水の表面張力を低下させ、水滴の周りの空気の層をほんの一瞬以上その場に留まらせます。アンチバブルは家庭で簡単に作成できるため、一般科学雑誌でも注目を集めています。[7] [8]

内側と外側に空気があるシャボン玉は負の浮力を持ち、地面に向かって沈む傾向があります。同様に、内側と外側に水がある反泡は正の浮力を持ち、水面に向かって上昇する傾向があります。しかし、シャボン玉に軽いガスを充填して正の浮力を与えることができるのと同様に、反泡には重い液体を充填して負の浮力を与えることができます。ストローを使って砂糖水を石鹸水に滴下すると、沈む反泡ができます。

泡止め剤は通常、液体が入った容器の底や側面に触れると弾けてしまいます。これを防ぐには、石鹸水に小さじ数杯の砂糖を入れ、しばらく溶かします（ただし、かき混ぜないでください）。こうすることで、容器の底に砂糖水の濃い層が形成されます。砂糖水から作られた泡止め剤は水中に沈み、底の濃い層の上に留まります。この方法で作られた泡止め剤は数分間持続します。

アンチバブルの層は、アンチバブルが浸っている水、空気、そして空気中に閉じ込められた水です。

気泡と反気泡の違い

3種類の異なる気泡の比較：表面上の通常の気泡（左上）、表面上の反気泡（右）、そして最大の反気泡内の水中気泡

反気泡の挙動は、主に 3 つの点で気泡の挙動と異なり、簡単に識別できます。

  • 反気泡は表面張力によってその場に留まり、水面を高速で移動します。また、ビリヤードのボールのように、水中の他の物体（気泡など）や容器の側面に跳ね返る様子も見られます。
  • 通常の状況下では、抗泡の寿命は短い。石鹸膜を帯びた気泡は数分間しか持続しない。抗泡の寿命は通常数秒以下だが、内部流体と外部流体間の電位差を均一にすれば、抗泡は気泡と同等かそれ以上の寿命を持つ。抗泡の気水界面にコロイド粒子を吸着させることで、少なくとも数十時間の寿命を持つ抗泡を生成することも可能である。
  • アンチバブルは、気泡とは異なる方法で光を屈折させます。アンチバブルは水滴であるため、入射した光は虹と同じように光源に向かって屈折します。この屈折により、アンチバブルは明るく見えます。

アンチバブルの潜在的な用途

防泡剤を安定化させることができれば、持続性のある泡、すなわち消泡剤を形成できるようになります。消泡剤の用途としては、潤滑剤や、消泡剤を透過する細い通路を空気やその他のガスのフィルターとして利用することが考えられます。

アンチバブル自体は、煙突からの汚染物質除去などの化学プロセスに利用できます。アンチバブルシェル内の空気を別の液体に置換することで、薬剤の周りに液体ポリマーのシェルを形成することで、薬物送達システムに利用できます。このポリマーを紫外線で硬化させることで、薬剤を充填したカプセルを作成できます。

微小な抗気泡は、ハーモニック イメージングにおいてその実用性を示している。[9] [10]抗気泡コアに治療薬を組み込むことが提案されている。このような薬剤を内包した抗気泡は、超音波誘導薬物送達 に利用される可能性があり、音波によって抗気泡表面に十分な脈動が生じ、薬剤を内包したコアが放出される。[11] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.4c10244

一生

水面上の反気泡の寿命は、その下の水を振動させることによって延ばされる可能性がある。[12] [13]このような反気泡は「ウォーキングバブル」と呼ばれ、量子力学的挙動のモデルとして用いることが提案されている。[14] 反気泡の寿命を延ばすもう一つの方法は、いわゆるピッカリング安定化を適用することである。[15]

参考文献

  1. ^ Morioka S, van Wijngaarden L (2012). IUTAM Symposium on Waves in Liquid/Gas and Liquid/Vapour Two-Phase Systems: Proceedings of the IUTAM Symposium held in Kyoto, Japan, 9–13 May 1994. Heidelberg: Springer. ISBN 978-94-011-0057-1。
  2. ^ Dorbolo S, Caps H, Vandewalle N (2003). 「反気泡の誕生と消滅における流体不安定性」. New Journal of Physics . 5 (1): 161. Bibcode :2003NJPh....5..161D. doi : 10.1088/1367-2630/5/1/161 .
  3. ^ Het Panhuis M, Hutzler S, Weaire D, Phelan R (1998). 「プラトーIにおける石鹸膜実験の新たなバリエーション：強制排水実験」. Philosophical Magazine B. 78 ( 1): 1– 12. Bibcode :1998PMagB..78....1I. doi :10.1080/13642819808206722.
  4. ^ Postema M、de Jong N、Schmitz G、van Wamel A (2005)。 「超音波で消泡剤を作る」。 IEEE 超音波シンポジウム、2005 年、Vol. 2. pp.  977–980 .土井:10.1109/ULTSYM.2005.1603013。ISBN 0-7803-9382-1. S2CID  39749703。
  5. ^ Kim PG, Stone HA (2008). 「反気泡形成のダイナミクス」 . Europhysics Letters . 83 (5) 54001. Bibcode :2008EL.....8354001K. doi :10.1209/0295-5075/83/54001. S2CID  53993390.
  6. ^ Tufaile A, Sartotelli JC (2002). 「気泡および球状気殻の形成ダイナミクス」. Physical Review E. 66 ( 5) 056204. Bibcode :2002PhRvE..66e6204T. doi :10.1103/PhysRevE.66.056204. PMID  12513583.
  7. ^ Weiss P (2004). 「反バブルの台頭：奇妙な湿ったバブルがついに敬意を払う」. Science News . 165 (20): 311– 312. doi :10.2307/4015222. JSTOR  4015222.
  8. ^ Stong CL (1974). 「液体がガスを包み込むのではなく、ガスが液体を包み込む不思議な泡」 . Scientific American . 230 (4): 116– 120. doi :10.1038/scientificamerican0474-116.
  9. ^ Panfilova A, Chen P, van Sloun R, Wijkstra H, Postema M, Poortinga AT, Mischi M (2021). 「内骨格用抗気泡造影剤の実験的音響特性評価：初結果」. Medical Physics . 48 (11): 6765– 6780. Bibcode :2021MedPh..48.6765P. doi : 10.1002/mp.15242 . PMC 9293338. PMID  34580883 . 
  10. ^ Postema M, Novell A, Sennoga C, Poortinga AT, Bouakaz A (2018). 「微小反気泡からの高調波応答」.応用音響. 137 : 148–150 . doi :10.1016/j.apacoust.2018.03.021. S2CID  115516560.
  11. ^ Kotopoulis S, Lam C, Haugse R, Snipstad S, Murvold E, Jouleh T, Berg S, Hansen R, Popa M, Mc Cormack E, Gilja OH, Poortinga A (2022). 「画像誘導および超音波トリガーによる薬物送達のための薬剤負荷アンチバブルの処方と特性評価」. Ultrasonics Sonochemistry . 85 105986. Bibcode :2022UltS...8505986K. doi : 10.1016/j.ultsonch.2022.105986 . PMC 8967728. PMID 35358937  . 
  12. ^ Cabrera-Garcia P, Zenit R (2012). 「振動する流体層上を跳ね回る液滴」. arXiv : 1210.3538 [physics.flu-dyn].
  13. ^ ドロップス オン ドロップス オン ドロップス
  14. ^ “Hydrodynamic quantum analogs”. 2017年3月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年2月27日閲覧。
  15. ^ Poortinga A (2011). 「長寿命アンチバブル：ピッカリング安定化による安定アンチバブル」 . Langmuir . 27 (6): 2138– 2141. doi :10.1021/la1048419. PMID  21250742.
  • アンチバブル.org
  • chemistry-chemists.com
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