Кавитацию впервые наблюдали в жидких кристаллах

Процесс образования пузырьков газа и их последующее схлопывание, называемый кавитацией, ученые впервые зафиксировали в потоке жидкого кристалла. Физики выяснили, что в таком веществе кавитация может возникать даже при менее специфических условиях, чем в обычной жидкости. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Кавитация возникает, когда давление в жидкости падает ниже критического значения, что позволяет части ее превращаться в пар и образовывать пузырьки. Это гидродинамическое явление очень интересно, так как благодаря ему большое количество энергии рассеивается в небольших объемах, что может приводить к существенным механическим повреждениям. Этот феномен можно использовать на практике: например, на его основе работает методика ультразвуковой хирургии.

Хорошо изучена кавитация, происходящая в однородных жидкостях, но случай анизотропных исследован хуже. Жидкие кристаллы — пример такой среды. Они состоят из длинных молекул, которые при определенных условиях могут выстраиваться в одном направлении. В новой работе группа под руководством Тилльмана Штигера из Института динамики и самоорганизации Общества Макса Планка прокачивала жидкий кристалл через микроканалы диаметром 0,1 мм. В каналах находились препятствия, при обтекании которых увеличивалась скорость потока, а условия для образования кавитации становились благоприятными.

Физики выяснили, что кавитация образуется в исследованной системе очень легко. Они связывают это со стремлением молекул выстроиться вдоль канала при течении. Такая конфигурация уменьшает энергию, необходимую для образования пузырей. Коллектив подтвердил это, продемонстрировав, как степенью темпа образования кавитационных пузырей можно управлять, изменяя степень ориентированности кристаллов. Открытие может найти применение в микрофлюидных системах для управления степенью смешивания различных жидкостей.