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麥圈效應和牛奶的表面張力

如果你每天早上都吃一碗麥圈，你就知道自己是個書呆子了。我得承認我以前也想過這個問題。

事實證明，這種現(xiàn)象被稱為“麥圈效應”。它可能是由一位表面科學家在早餐時發(fā)現(xiàn)的，當時他正在吃一碗美國人*喜歡的無麩質燕麥粥。*明顯的是，當大部分的麥片都吃光了，剩下的小O們發(fā)現(xiàn)自己在一個牛奶池里。你會發(fā)現(xiàn)它們會向碗的側面或中心移動，也會向彼此移動。

這種現(xiàn)象是由牛奶的表面張力引起的。液體表面的分子表現(xiàn)出比表面以下的分子更強的內聚結合。因此，表面表現(xiàn)得像一層薄膜。由于Cheerio是漂浮的，所以在液體/麥圈界面形成向上的半月板。由于Cheerios有浮力，它們想要移動到**點——碗的中心、邊緣和彼此之間。

Figure 1: Cheerios Effect and Floating Paper Clips

麥圈的密度比牛奶低。有趣的是，由于表面張力，回形針也可以漂浮在水(和牛奶)上，盡管它們比它們所漂浮的液體密度更大。它們也會相互吸引，相互吸附。然而，正如你在上圖中所看到的，由于半月板的對立，麥圈和回形針互相排斥——一個在上，一個在下。還應該注意的是，麥圈不表現(xiàn)出完全濕潤。當牛奶接觸液體時，由于表面能強而潤濕性差，就形成了接觸角。由于麥圈的浮力，產生的半月板向上，而回形針上的半月板由于重力和更大的密度而向下彎曲。

除了麥圈和回形針，上面的視頻還加入了圖釘?shù)挠懻摗粋€較輕的圖釘頭會被一個較重的完整圖釘排斥。前者是漂浮的，而后者會下沉，但被水的表面張力。

麥圈效應有助于理解自組裝如何在具有均勻形狀的納米尺度的小部件上工作。你可能想知道為什么海洋里的船不像早餐碗里的麥圈那樣互相吸引。答案是，表面張力只能在麥圈和回形針大小的小物體上觀察到。船是如此之大，以致于表面張力在那個尺度上可以忽略不計。

另外，當我們在研究麥圈的時候，我們開始對牛奶的表面張力感到好奇。所以我們使用了rame-hart模型250和DROPimage Advanced進行測量。我們發(fā)現(xiàn)來自食品店的2%均質和巴氏滅菌的A級牛奶表面張力為48mn /m。脂肪酸和蛋白質是表面活性劑，它能把表面張力降低到比水的張力還低的程度。我們還發(fā)現(xiàn)牛奶的表面張力與脂肪含量成反比。因此，我們發(fā)現(xiàn)張力計可以代替乳汁密度計來測量.

1. 麥圈效應解釋了在固體/液體界面上，由于半月板形成的接觸角，小的浮力物體是如何相互吸引的。

2. 小而輕的漂浮物體(如Cheerios)由于向上的半月板而相互吸引。小而密集的物體(如回形針)也會因為向下的半月板而相互吸引。小而輕的物體和稠密的物體由于半月板的對立而相互排斥。

3. Cheerios效應在小的物體(如Cheerios的大小)上很明顯，但在大的物體(如船舶)上不明顯，因為在大尺度下表面張力是可以忽略的。

4. 由于脂肪酸和蛋白質等表面活性劑的作用，牛奶的表面張力比水低。

5. 隨著牛奶中脂肪含量的減少，表面張力增加。

由于它的多功能性，rame-hart 250不僅是一個接觸角測定儀和張力計，它也可以作為一個乳汁密度計來應用：

rame-hart 250包括我們的DROPimage高級軟件，其中包括測量接觸角、表面能量、表面張力、界面張力的工具，以及一系列動態(tài)和時間依賴性的研究。一個基于方法的實驗設計工具允許強大的實驗開發(fā)使用友好的界面，容易掌握，但功能強大。許多在線視頻可以幫助新用戶掌握這個強大工具可以完成的任務。

MODEL 250 產品參數(shù)

250型高級接觸角/張力計測定儀適用于任何附件，包括DROPimage高級軟件。該軟件可以測量分析并記錄滴液的具體情況，測量角度和表面張力。

• 技術參數(shù)：

  接觸角范圍：0– 180°

  接觸角分辨率：0.1°

  接觸角精度：+/- 0.10°

  攝像機： SuperSpeed USB 3.0， 1/3” CCD，100fps， Progressive Scan，

  背光設置：可變光纖照明

  樣品臺：標準的3維樣品臺

  儀器尺寸：489 x 267x508mm

  儀器重量：6.1 kg（不包括電源）

  電源：110或240 VAC