破裂せずに跳ね続ける微小液滴の物理現象を解明(The tiny droplets that bounce without bursting)

2025-10-20 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、固体表面上で液滴が破裂せずに跳ね続けるという新しい現象を発見した。直径約1.6mmのシリコンオイルの液滴を雲母板上に置き、基板を特定の周波数と振幅で振動させると、液滴は薄い空気膜によって支えられ、数分間跳ね続けた。これは従来のライデンフロスト効果のような高温条件を必要とせず、常温の固体表面で実現した初の例である。液滴はエネルギー蓄積の度合いによって高く跳ねるモードと微振動で浮くモードを示した。数値解析では、空気膜が保持される限り理論的には無期限に跳ね続ける可能性が示され、現象の終息は主に液滴の横滑りによる空気膜破壊に起因することが分かった。この発見は、微小液滴の非接触操作や化学分析などへの応用が期待される。

破裂せずに跳ね続ける微小液滴の物理現象を解明(The tiny droplets that bounce without bursting)
Schematic of the experimental setup. 2025 EMSI LFMI EPFL CC BY SA

<関連情報>

振動する濡れやすい固体の上を滴が絶えず跳ね続ける Drops Can Perpetually Bounce over a Vibrating Wettable Solid

Lebo Molefe,, Tomas Fullana,, François Gallaire, and John M. Kolinski
Physical Review Letters
Published 2 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/w3qq-cnj3

Abstract

On the surface of a vibrating liquid bath, instead of coalescing, a drop will continually bounce on a thin film of air between the drop and the free surface, giving rise to rich chaotic dynamics and quantum analog behavior. However, perpetual bouncing is yet to be demonstrated on a vibrating rigid solid, where the control of the drop’s motion is not limited by the bath dynamics. Here we show that vibration of an atomically smooth mica surface prolongs a drop’s hovering state by several orders of magnitude, increasing the time to wet from less than a second to several minutes. The excitation of the second spherical harmonic mode determines a transition between a bouncing state with high-amplitude rebounds, and a bound state, where the drop’s motion is locked onto the vibrating solid above a thin air layer. We further develop a coupled linear spring model, accounting for the drop’s deformation, that predicts bouncing trajectories without fitting parameters. Our results extend the scope of bouncing drop studies beyond the liquid bath and highlight the potential for precision manipulation of small liquid quantities in air.

1700応用理学一般
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