相信大家在小時候都玩過「肥皂泡」，只要有足夠的耐心與技巧，一定可以吹出一個夠大，夠漂亮的「肥皂泡」。我們都知道肥皂泡的基本原理在於表面張力，通過在水中加入表面活性劑，顯著的降低表面張力，使穩定液面的曲率半徑更大，從而形成「肥皂泡」。講到這裡，相信大家就有著疑問，為什麼我們家的肥皂水從來吹不出漂亮的泡泡呢，因為僅僅是表面活性劑的存在是不夠，還需要加入少量但重要的聚合物作為穩定劑。漂亮的肥皂泡轉瞬即逝，非常容易被破壞，這是因為它處於一種亞穩態並不穩定，在外界碰觸時，穩態被破壞，導致泡泡破裂。
泡泡的吹起與破裂不僅僅可以作為一個遊戲，在工業生產中也存在著廣泛的用途。在食品工業，膠黏劑等領域需要大量的發泡，以形成空腔，製備低密度填充物；在塗料工業等領域則需要消泡劑的存在，以提高漆膜的質量。因此氣泡的氣液相界面破裂原理是工業界急需解決的重要問題，另一方面也是膠體界面化學領域的一個重要基礎科學問題。
近日，美國波士頓大學的James C. Bird教授課題組對這一問題進行了深入的研究，發現表面張力是導致氣泡在黏性液體中破裂的決定性因素，顛覆了傳統認為重力是決定性因素的認識。相關研究以「A new wrinkle on liquid sheets: Turning the mechanism of viscous bubble collapse upside down」為題，以封面論文的形式，發表於世界一流期刊《Science》。
在液體內部的氣體，會聚集形成氣泡，而後由於氣泡本身浮力的原因，必然會上升，到達界面處形成一個由內部束縛的氣體所支撐的薄膜穹頂，而後薄膜穹頂會發生破裂。在低粘度液體中，由於表面張力和慣性的原因，氣泡壽命非常短，會在數毫秒內瞬間破裂。但是在自然界和工業界廣泛存在的高粘度液體中氣泡的破裂過程則大不相同。高粘度液體中氣泡壽命會更長，在界面處形成氣泡初期，由於氣泡的完整性，可以束縛氣體，內部氣體對氣泡有支撐，而後氣泡頂部破裂產生一孔洞，內外壓強一致，氣泡無法被支撐，氣泡周圍形成褶皺，導致結構不穩定，進而破裂。先前的研究認為，重力和頂部的孔洞是這一演化過程中的決定性影響因素。
氣泡的黏性液體中的破裂行為
在本研究中，研究者通過研究不同位置（正置，側置，倒置）泡泡的破裂過程，我們發現，在不同位置的泡泡重力的方向大不相同，但是其破裂過程基本一致，因此初步判斷重力不是決定其破裂行為的決定性因素。以直徑為1 mm的氣泡在粘度為106 cPD的液體中，計算其毛細力與重力的影響之比，Fc/Fg≈80，也可以看出由表面張力決定的毛細力是氣泡破裂過程中的決定性因素。
氣泡厚度與粘度對氣泡破裂過程動力學的影響
在此基礎上研究者又研究了氣泡坍塌過程中的動力學過程。通過理論推理證明，在表面張力推動氣泡崩塌的過程中，氣泡的高度與崩塌速度取決於，氣泡的厚度與粘度。研究者通過實驗，研究不同粘度矽油的崩塌過程。首先通過利用高速攝像機，證明了粘度與氣泡高度之間的關係，且通過增加粘度可以有效地延緩氣泡的崩塌。而後通過單色光衍射條紋測定氣泡頂端的厚度，證明了氣泡厚度與崩塌速度之間的關係。也進一步論證了氣泡崩塌過程中，表面張力是主要推動力。
氣泡的非破裂消融機制
在先前的研究中認為，氣泡表面產生的孔洞也是，產生褶皺的決定性因素之一。在此研究者們設計了一個裝置，在氣泡達到最大後，由底部將氣體釋放，在不產生孔洞的情況下，使氣泡消融，在此過程中氣泡表面仍然產生了褶皺。研究者認為這是由於，在氣體釋放，氣泡失去支撐後，氣泡的收縮過程中的箍壓縮大於表面張力的作用，產生褶皺。
James C. Bird課題組通過研究不同位置氣泡的破裂形態，發現表面張力是推動氣泡破裂的主要推動力來源，重力在其中起的作用微不足道，並且表面張力也是決定黏性氣泡行為和起皺的主要因素。他們也開發出一個預測模型，使得黏性液體中的氣泡在所有條件下都不會產生褶皺，並且描述了一個這樣的場景。這一研究也對於工業生產黏性液體中氣泡行為的調控有著重要的指導意義。