水或甘油等简单分子液体对于技术应用、生物学甚至对于理解液态特性都非常重要。马克斯·普朗克材料结构与动力研究所 (MPSD) 的研究人员现已成功观察到完全出乎意料的橡胶态液态甘油。

研究人员首次观察到液体甘油的橡胶状弹性

在《美国国家科学院院刊》上发表的文章中，研究人员报告了他们如何使用脉冲激光在真空液体表面产生快速膨胀的气泡。然而，气泡的薄而微米厚的液体包膜并不像预期的那样像粘性液体那样耗散变形能，而是像橡胶玩具气球的弹性包膜一样，可以储存和释放弹性能。

这是第一次观察到弹性在甘油等牛顿液体中主导流动行为。它的存在很难与关于液体甘油相互作用的常见观点相一致，并促使人们寻找更全面的描述。令人惊讶的是，弹性在几微秒的长时间范围内持续存在，这对于非常快速的工程应用(例如高压下的微米受限流动)可能很重要。然而，问题仍然悬而未决，这种行为是否是液体甘油的特定性质，或者更确切地说是在类似条件下许多分子液体中发生但迄今为止尚未观察到的现象。

研究小组提出，高应变率和壳的有限厚度导致单个分子形成以相关和集体方式移位的基团。这种变化将使弹性状态在比甘油平衡状态更长的时间内稳定，在甘油平衡状态下，单分子会快速扩散。“我们希望更好地理解这种不寻常的状态，”主要作者、博士生 Meghanad Kayanattil 说，“因为它可以告诉我们很多关于无序系统中集体激发的信息。”

液体甘油中这种橡胶状状态的存在提出了一个问题：在其他液体物质中是否也可能产生类似的效果?特别是在水中产生弹性气泡将是一项重大成就，因为它是最重要且经过充分研究的液体，对多个科学领域都有影响。然而，正如 MPSD 团队所证明的那样，甘油气泡仅在真空环境中形成。这给涉及水的类似实验带来了一些挑战，因为它在低于 32 毫巴的蒸气压(远高于实验需要进行的压力)时 开始沸腾。

这项研究是由该研究所的超快光束科学支持单位的成员和来自杜伊斯堡-埃森大学的客座科学家黄志鹏进行的。创新的科学方法和正确的参数选择导致了这种新颖弹性行为的发现。“我们的实验让我们重新思考液体和固体之间的相关性和差异，”首席研究员 Sascha Epp 说。

“下一步，我们的目标是研究瞬态气泡壳的分子相互作用和结构，以及这种效应是否也可以在分子相互作用与甘油不同的一系列其他液体中产生。 ”