放走大颗粒,留下小颗粒,这是什么过滤操作?

作者: 椒盐猫卷饭

来源: 酷炫科学

发布日期: 2018-09-05 10:40:44

本文介绍了一种反向过滤操作,即使用表面活性剂溶液构成的皂膜来过滤颗粒,大颗粒通过而小颗粒被拦截。这种现象由弯曲液面的附加压力解释,可能用于分选大小颗粒或阻拦灰尘等。

放走大颗粒,留下小颗粒,这是什么过滤操作?过滤这个操作一般都是从混合物中去除比较大的颗粒,如果颗粒小到一定程度,则可以从滤网中穿过。而今天我们要看到的则是一种效果恰好相反的操作:大颗粒会穿过去,但细小的颗粒却被拦截了下来。

能产生这种反向过滤效果的东西其实大家也不陌生:它就是一层表面活性剂溶液构成的皂膜(图中的液膜含有水、甘油和十二烷基硫酸钠)。最近在《科学进展》上,有一篇论文探讨了液体皂膜用于颗粒筛选的可能性,上图就是论文中的一段演示。研究者把直径不同的聚四氟乙烯小球丢到液膜上,结果直径较大的小球穿了过去,而直径小的则像是落在了蹦床上,弹了两下就停在了液膜上。

这个现象可以用弯曲液面的附加压力来解释。当掉落的物体向下压弯液膜时,在表面张力作用下,倾向于回缩的液膜会产生一个向上的力阻碍物体向下运动。这个力的影响取决于物体尺寸,个头越小的物体会让液膜在局部弯曲得越厉害,这样物体受到的阻碍也越大。结果就是,细小的物体会被液膜挡住无法穿过。

论文作者认为,这或许可以成为分选大小颗粒的好方法,还能用来阻拦灰尘、异味或者小虫子。虽然肥皂膜给人一种很容易破的印象,但通过向液膜补充液体和调节溶液成分,研究者也做出了能用上几个小时不破的液膜。

下面是论文作者提供的完整版演示视频。想法很有意思,装置也不算复杂,好不好用就看进一步的验证了。

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