برای نخستین بار تشکیل و از بین رفتن حباب‌ها در یک کریستال مایع جاری دیده شده است. این فرآیند حفره‌سازی cavitation نام دارد و هنگامی روی می‌دهد که فشار قطره در مایعِ در حال حرکت آنقدر زیاد است که باعث تبخیر قسمتی از مایع و تشکیل حباب می‌شود.

ایجاد حباب‌های ریز در کریستال ‌مایع: ترتیب زمانی عکس‌ها رشد حفره‌های حبابی را نشان می‌دهد. دایره‌ی بزرگ یک مانع برای شارش کریستال مایع است که از چپ به راست حرکت می‌کند. حباب حفره‌ای در سمت راست مانع در حال تشکیل است.  

 حفره‌سازی در هیدرودینامیک بسیار مورد توجه است زیرا حباب‌های در حال ترکیدن می‌توانند انرژی زیادی را در فضاهای کوچک آزاد کرده و موجب آسیب‌های جدی به دستگاه‌هایی مانند پروانه‌های کشتی و هواپیما شوند.

این کشف توسط تیلمن استیگر Tillmann Stieger و همکارانش در بخش دینامیک و خود-سازماندهیِ موسسه ماکس پلانک در گوتینگن، دانشگاه فنی برلین و ETH زوریخ انجام شده است. کریستال‌های مایع سیالاتی هستند متشکل از مولکول‌های میله-مانندی که تحت شرایط خاص تمایل به هم‌جهت شدن دارند. در آزمایش انجام شده، گروه سیالات کریستال مایع را به درون کانال‌هایی باریک به عرض تنها 0.1 mm پمپاژ کرد. این کانال‌ها دارای موانعی بود که سرعت سیال را افزایش داده و احتمال حفره‌سازی را بالا می‌برد (شکل را ببینید).

انرژی کمتر

محققان پی بردند که حفره‌ها به سادگی در کریستال‌های مایع به وجود می‌آیند. به گفته‌ی آن‌ها علت این امر آن است که مولکول‌ها تمایل دارند در حین شارش در کانال، با یکدیگر هم جهت شوند و این کار انرژی لازم برای تشکیل حباب را کاهش می‌دهد. در واقع گروه تحقیق دریافته است که می‌توان آهنگ حفره‌سازی را با تنظیم میزان هم‌جهت شدن مولکول‌ها کنترل کرد.

این یافته می‌تواند در توسعه‌ی سیستم‌های میکرو‌-شاره‌ای، که در آن‌ها  برای کنترل آهنگ درآمیختن سیالات مختلف در حین شارش درون حفره‌های کوچک از حفره‌سازی استفاده می‌شود، مفید واقع شود.  تحقیق مذکور در Nature Communications توصیف شده است.

منبع

Bubble cavitation spotted in liquid crystals