Американские физики показали, что неустойчивость Рэлея — Плато, ответственную за разбиение струй на капли, можно использовать для самосборки капель в двумерные кристаллы высокой степени упорядоченности. Для этого необходимо, чтобы капли построчно образовывались при движении сопла горизонтально в среде из другой жидкости. В такой схеме предыдущий слой капель служит шаблоном для следующего. Эту технологию можно использовать для изготовления периодических шаблонов из жидкостей, к которым невозможно применить традиционные методы печати.

Исследование опубликовано в Science Advances.

На первый взгляд такой простой физический объект как слабо текущая струйка воды из крана, скрывает в себе много интересной и сложной физики. Какими бы ни были параметры струи, по мере своего падения вниз они неизбежно начнет самопроизвольное разбиваться на отдельные капли. Этот процесс обусловлен возникновением ряби на поверхности воды, состоящей из множества отдельных волн различной частоты. Часть их этих волн естественным образом затухают, другие же, наоборот, усиливаются до такой степени, что разрушают струю, после чего силы поверхностного натяжения формируют капли. Это явление называется нестабильностью или неустойчивостью Рэлея — Плато.

Разбиение струи на капли играет важную роль во множестве приложений, от печати и подачи топлива и до клеточной биологии. Варьируя свойства жидкости, ученые умеют менять размер капель в диапазоне от нескольких десятков нанометров до нескольких миллиметров, а также менять характер образования капель, делая его строго периодичным или вообще подавляя, с помощью внешних воздействий. В своей массе исследования неустойчивости Рэлея — Плато концентрируются вокруг разбиения падающей вниз осесимметричной струи, но физикам мало что известно про характер этого явления в более неоднородных условиях, например, при столкновении с другим потоком.

Подробнее исследовать такую ситуацию решила группа физиков из Принстонского университета при участии Линчжи Цай (Lingzhi Cai).