麦圈效应和牛奶的表面张力

如果你每天早上都吃一碗麦圈，你就知道自己是个书呆子了。我得承认我以前也想过这个问题。

事实证明，这种现象被称为“麦圈效应”。它可能是由一位表面科学家在早餐时发现的，当时他正在吃一碗美国人*喜欢的无麸质燕麦粥。*明显的是，当大部分的麦片都吃光了，剩下的小O们发现自己在一个牛奶池里。你会发现它们会向碗的侧面或中心移动，也会向彼此移动。

这种现象是由牛奶的表面张力引起的。液体表面的分子表现出比表面以下的分子更强的内聚结合。因此，表面表现得像一层薄膜。由于Cheerio是漂浮的，所以在液体/麦圈界面形成向上的半月板。由于Cheerios有浮力，它们想要移动到**点——碗的中心、边缘和彼此之间。

Figure 1: Cheerios Effect and Floating Paper Clips

麦圈的密度比牛奶低。有趣的是，由于表面张力，回形针也可以漂浮在水(和牛奶)上，尽管它们比它们所漂浮的液体密度更大。它们也会相互吸引，相互吸附。然而，正如你在上图中所看到的，由于半月板的对立，麦圈和回形针互相排斥——一个在上，一个在下。还应该注意的是，麦圈不表现出完全湿润。当牛奶接触液体时，由于表面能强而润湿性差，就形成了接触角。由于麦圈的浮力，产生的半月板向上，而回形针上的半月板由于重力和更大的密度而向下弯曲。

除了麦圈和回形针，上面的视频还加入了图钉的讨论——一个较轻的图钉头会被一个较重的完整图钉排斥。前者是漂浮的，而后者会下沉，但被水的表面张力。

麦圈效应有助于理解自组装如何在具有均匀形状的纳米尺度的小部件上工作。你可能想知道为什么海洋里的船不像早餐碗里的麦圈那样互相吸引。答案是，表面张力只能在麦圈和回形针大小的小物体上观察到。船是如此之大，以致于表面张力在那个尺度上可以忽略不计。

另外，当我们在研究麦圈的时候，我们开始对牛奶的表面张力感到好奇。所以我们使用了rame-hart模型250和DROPimage Advanced进行测量。我们发现来自食品店的2%均质和巴氏灭菌的A级牛奶表面张力为48mn /m。脂肪酸和蛋白质是表面活性剂，它能把表面张力降低到比水的张力还低的程度。我们还发现牛奶的表面张力与脂肪含量成反比。因此，我们发现张力计可以代替乳汁密度计来测量.

1. 麦圈效应解释了在固体/液体界面上，由于半月板形成的接触角，小的浮力物体是如何相互吸引的。

2. 小而轻的漂浮物体(如Cheerios)由于向上的半月板而相互吸引。小而密集的物体(如回形针)也会因为向下的半月板而相互吸引。小而轻的物体和稠密的物体由于半月板的对立而相互排斥。

3. Cheerios效应在小的物体(如Cheerios的大小)上很明显，但在大的物体(如船舶)上不明显，因为在大尺度下表面张力是可以忽略的。

4. 由于脂肪酸和蛋白质等表面活性剂的作用，牛奶的表面张力比水低。

5. 随着牛奶中脂肪含量的减少，表面张力增加。

由于它的多功能性，rame-hart 250不仅是一个接触角测定仪和张力计，它也可以作为一个乳汁密度计来应用：

rame-hart 250包括我们的DROPimage高级软件，其中包括测量接触角、表面能量、表面张力、界面张力的工具，以及一系列动态和时间依赖性的研究。一个基于方法的实验设计工具允许强大的实验开发使用友好的界面，容易掌握，但功能强大。许多在线视频可以帮助新用户掌握这个强大工具可以完成的任务。

MODEL 250 产品参数

250型高级接触角/张力计测定仪适用于任何附件，包括DROPimage高级软件。该软件可以测量分析并记录滴液的具体情况，测量角度和表面张力。

• 技术参数：

  接触角范围：0– 180°

  接触角分辨率：0.1°

  接触角精度：+/- 0.10°

  摄像机： SuperSpeed USB 3.0， 1/3” CCD，100fps， Progressive Scan，

  背光设置：可变光纤照明

  样品台：标准的3维样品台

  仪器尺寸：489 x 267x508mm

  仪器重量：6.1 kg（不包括电源）

  电源：110或240 VAC