结冰的油滴上演了一出戏

液滴是什么形状的?表面张力通常决定了答案——最小化表面积，因为界面消耗能量，它把雨滴拉成一个球体，把漂浮在水面上的油滴拉成一个圆形透镜。但斯托亚Smoukov来自英国剑桥大学的研究人员和同事们发现，有时问题并没有这么简单。他们已经证明，涂有表面活性剂并漂浮在水面上的油性十六烷液滴，可以采用几何形状似乎更适合晶体吗它有六边形、菱形和三角形的轮廓，也有更精致的形状，这些多边形的角上伸出长长的“触角”。

这些奇怪的形状完全出乎意料，出现在研究人员研究常规乳剂(表面活性剂稳定的不混溶液体混合物)时。斯莫科夫说:“我的同事在冷冻液滴时注意到一些奇怪的形状，我们决定进一步探索这些形状。”他补充说，无论是形状的规律性，还是控制它们的潜力，都“超出了令人惊讶的范围”Slavka Tcholakova保加利亚索菲亚大学教授。她补充说:“这种形状形成系统的简单性使我们怀疑它可能在自然界的某个地方被使用。”

研究人员发现，所有链长为14-20个碳原子的烷烃液滴在与不同类型的表面活性剂结合时表现出相同的行为。实现多边形液滴的唯一要求是覆盖在油水界面上的表面活性剂的链至少要和烷烃油本身的链一样长。当表面活性剂的质量分数为1.5%分散在水中时，Smoukov和同事们看到了一系列形状的变化，最初的圆形十六烷液滴，直径几十微米，慢慢地过冷到烷烃的体积冰点(18°C)以下，但液滴仍然是液体。首先，它们采用三维八面体形状，接着是六角形的血小板，然后变成菱形或三角形的板。然后在角落里长出纤细的触角，长成长长的卷须。最终液滴全部冻结，因此，由于光干涉效应，它们在显微镜下的外观突然从透明变成鲜艳的颜色。

群理论

是什么导致了这种行为?研究人员认为，排列在液滴表面的表面活性剂首先冻结成有序的单层，然后诱导一些烷烃也在表面形成一种表皮。这一层是所谓的旋转阶段，其中分子有规律地填充，但仍然可以自由旋转，就像人们在密集的人群中旋转一样。这种相当厚而坚硬的表面使扁平液滴的边缘呈半圆柱形，可以抵抗沿圆柱形轴弯曲。

但它们不可能完全是直的，因为它们必须在烷烃滴周围形成一个封闭的周长;所以所有的曲率都集中在尖锐的扭结中，在液滴的外围形成了一种几何框架。“我们认为多边形的角是旋转阶段的缺陷，”团队成员说尼古拉抱怨在索菲亚。最初六个等距的角产生六边形。但这些缺陷可以成对合并，产生菱形或三角形。与此同时，卷须是表面活性剂-烷烃旋转相皮肤的纯圆柱体。

研究人员说，他们的研究结果提供了一种可扩展的、有效的方法来生产“按需形状”的微粒(可能还会更小)。他们正在研究通过聚合皮肤来固定形状的方法。目前还不清楚它们的用途。“有一些证据表明，不同的形状在不同的器官中被不同的吸收，”斯莫科夫说，“所以可能存在选择性药物输送的可能性。”

山姆赛以色列魏茨曼科学研究所的研究人员说，这个结果很有趣，并且可以揭示晶体生长中的其他问题，比如烷烃在其本体冻结温度以上形成冻结表面单层的方式。他还想知道晶体旋转相和液滴内部液体之间的“内部”固液界面是否会在能量平衡中发挥作用，这似乎决定了液滴的形状。然而，他指出，由于形状取决于冷却速率，它们一定是非平衡效应。所以关于这个系统还有很多需要了解的地方。