Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Исаева Е. А., Исаева А. А., Алонова М. В. Акустоэмиссионный метод анализа структурной эволюции пеноподобных сред // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 2. С. 225-232. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-2-225-232, EDN: XHJCGF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нанотехнологии, наноматериалы и метаматериалы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
534.08
DOI: 
10.18500/1817-3020-2026-26-2-225-232
EDN: 
XHJCGF

Акустоэмиссионный метод анализа структурной эволюции пеноподобных сред

Авторы: 
Исаева Елена Андреевна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Исаева Анна Андреевна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Алонова Марина Васильевна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

В метастабильных газожидкостных пенах в процессе их эволюции происходят структурные перестройки в условиях локального массопереноса жидкой и газовой компонент системы. События перегруппировки и коалесценций газовых пузырей могут быть единичными или каскадными за счет разрушения пленок соседних газовых пузырей. Подобные структурные изменения архитектуры пены будут отражены на её акустическом эмиссионном спектре. Структурная модификация газожидкостных пен в условиях постоянного соотношения объемных долей жидкости и газа регулируется капиллярными силами, толщиной пленки и площадью жидких пленок пены. В данной работе рассмотрено типичное поведение спектра акустической эмиссии газожидкостной пены в области малых частот при универсальной степенной зависимости среднего радиуса газовой ячейки от времени.

Ключевые слова: 
акустическая эмиссия
газожидкостная пена
автомодельность
скаффолды
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-29-00679, https://rscf.ru/project/25-29-00679/).
Список источников: 
  1. Maksoud F. J., de la Paz M. F. V., Hann A. J., Thanarak J., Gwendolen C Reilly G. C., Claeyssens F., Green N. H., Zhang Yu S. Porous biomaterials for tissue engineering: A review. J. Mater. Chem. B, 2022, vol. 10, iss. 40, pp. 8111–8165. https://doi.org/10.1039/d1tb02628c
  2. Sultana N., Cole A., Strachan F. Biocomposite scaffolds for tissue engineering: Materials, fabrication techniques and future directions. Materials (Basel), 2024, vol. 17, no. 22, art. 5577. https://doi.org/10.3390/ma17225577
  3. Lutzweiler G., Halili A. N., Vrana N. E. The overview of porous, bioactive scaffolds as instructive biomaterials for tissue regeneration and their clinical translation. Pharmaceutics, 2020, vol. 12, no. 7, art. 602. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12070602
  4. Murphy C. M., Haugh M. G., O’Brien F. J. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen–glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials, 2010, vol. 31, iss. 3, pp. 461–466. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.063
  5. Loh Q. L., Choong C. Three-dimensional scaffolds for tissue engineering applications: Role of porosity and pore size. Tissue Eng. Part B: Reviews, 2013, vol. 19, no. 6, pp. 485–502. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2012.0437
  6. Matsiko A., Gleeson J. P., O’Brien F. J. Scaffold mean pore size influences mesenchymal stem cell chondrogenic differentiation and matrix deposition. Tissue Eng. Part A, 2015, vol. 21, no. 3–4, pp. 486-497. https://doi.org/10.1089/ten.tea.2013.0545
  7. Vera M. U., Saint-Jalmes A., Durian D. J. Scattering optics of foam. Appl. Opt., 2001, vol. 40, iss. 24, pp. 4210–4214. https://doi.org/10.1364/AO.40.004210
  8. Durian D. J., Weitz D. A., Pine D. J. Multiple light-scattering probes of foam structure and dynamics. Science, 1991, vol. 252, iss. 5006, pp. 686–688. https://doi.org/10.1126/science.252.5006.686
  9. Erpelding M., Guillermic R. M., Dollet B., SaintJalmes A., Crassous J. Investigating acoustic-induced deformations in a foam using multiple light scattering. Phys. Rev. E, 2010, vol. 82, art. 021409. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.82.021409
  10. Lambert J., Mokso R., Cantat I., Cloetens P., Glazier J. A., Graner F., Delannay R. Coarsening foams robustly reach a self-similar growth regime. Phys. Rev. Lett., 2010, vol. 104, art. 248304. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.248304
  11. Al-Masry W. A., Ali E. M., Aqeel Y. A. Determination of bubble characteristics in bubble columns using statistical analysis of acoustic sound measurements. Chem. Eng. Res. Des., 2005, vol. 83, iss. 10, pp. 1196–1207. https://doi.org/10.1205/cherd.05014
  12. Leighton T. The Acoustic Bubble. London, Academic Press, 1997. 613 p.
  13. Devaud M., Hocquet T., Bacri J.-C., Leroy V. The Minnaert bubble: An acoustic approach. Eur. J. Phys., 2008, vol. 29, no. 6, pp. 1263–1285. https://doi.org/10.1088/0143-0807/29/6/014
  14. Minnaert M. XVI. On musical air-bubbles and the sound of running water. Philos. Mag., 1933, vol. 16, iss. 104, pp. 235–248. https://doi.org/10.1080/14786443309462277
  15. Ainslie M. A., Leighton T. G. Review of scattering and extinction cross-sections, damping factors, and resonance frequencies of a spherical gas bubble. J. Acoust. Soc. Am., 2011, vol. 130, iss. 5, pp. 3184–3208. https://doi.org/10.1121/1.3628324
  16. BenSalem I., Guillermic R. M., Sample C., Leroy V., Saint-Jalmes A., Dollet B. Propagation of ultrasound in aqueous foams: Bubble size dependence and resonance effects. Soft Matter, 2013, vol. 9, iss. 4, pp. 1194–1202. https://doi.org/10.1039/C2SM25545F
  17. Divoux T., Vidal V., Melo F., Géminard J.-C. Acoustic emission associated with the bursting of a gas bubble at the free surface of a non-Newtonian fluid. Phys. Rev. E, 2008, vol. 77, art. 056310. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.77.056310
  18. Stephens R. W. B., Pollock A. A. Waveforms and frequency spectra of acoustic emissions. J. Acoust. Soc. Am., 1971, vol. 50, no. 3, pt. 2, pp. 904–910.
  19. Chen G., Luo H., Yang H., Zhang T., Li S. Water effects on the deformation and fracture behaviors of the multiscaled cellular fibrous bamboo. Acta Biomater., 2018, vol. 65, pp. 203–215. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2017.10.005
  20. Vandewalle N., Lentz J. F., Dorbolo S., Brisbois F. Avalanches of popping bubbles in collapsing foams. Phys. Rev. Lett., 2001, vol. 86, iss. 1, pp. 179–182. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.179
  21. Marston P. L., Trinh E. H., Depew J., Asaki T. J. Response of bubbles to ultrasonic radiation pressure: Dynamics in low gravity and shape oscillations. In: Blake J. R., Boulton-Stone J. M., Thomas N. H., eds. Bubble Dynamics and Interface Phenomena. Fluid Mechanics and Its Applications. Dordrecht, Springer, 1994, vol. 23, pp. 343–353. https://doi.org/10.1007/978-94-011-0938-3_32
  22. Prosperetti A., Lezzi A. Bubble dynamics in a compressible liquid. Pt. 1. First-order theory. J. Fluid Mech., 1986, vol. 168, pp. 457–478. https://doi.org/10.1017/S0022112086000460
  23. Ding J., Tsaur F. W., Lips A., Akay A. Acoustical observation of bubble oscillations induced by bubble popping. Phys. Rev. E, 2007, vol. 76, iss. 4, pt. 1, art. 041601. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.76.041601
  24. Ritacco H. A. Complexity and self-organized criticality in liquid foams. A short review. Adv. Colloid Interface Sci., 2020, vol. 285, art. 102282. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102282
  25. Furuta Y., Oikawa N., Kurita R. Close relationship between a dry–wet transition and a bubble rearrangement in two-dimensional foam. Sci. Rep., 2016, vol. 6, art. 37506. https://doi.org/10.1038/srep37506
  26. Yanagisawa N., Kurita R. In-situ observation of collective bubble collapse dynamics in a quasi-two-dimensional foam. Sci. Rep., 2019, vol. 9, art. 5152. https://doi.org/10.1038/s41598-019-41643-x
  27. Vandewalle N., Lentz J. F. Cascades of popping bubbles along air / foam interfaces. Phys. Rev. E, 2001, vol. 64, iss. 2, pt. 1, art. 021507. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.64.021507
  28. Shah M. S., Kleijn C. R., Kreutzer M. T., van Steijn V. Influence of initial film radius and film thickness on the rupture of foam films. Phys. Rev. Fluids, 2021, vol. 6, art. 013603. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.013603
  29. Manev E. D., Nguyen A. V. Critical thickness of microscopic thin liquid films. Advances in Colloid and Interface Science, 2005, vol. 114–115, pp. 133–146. https://doi.org/10.1016/j.cis.2004.07.013
  30. Forel E., Dollet B., Langevin D., Rio E. Coalescence in two-dimensional foams: A purely statistical process dependent on film area. Phys. Rev. Lett., 2019, vol. 122, art. 088002. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.088002
  31. Coussot P. Scaling approach of the convective drying of a porous medium. Eur. Phys. J. B, 2000, vol. 15, pp. 557–566. https://doi.org/10.1007/s100510051160
  32. Zimnyakov D. A., Yuvchenko S. A., Isaeva A. A., Isaeva E. A., Tsypina D. V. Growth/collapse kinetics of the surface bubbles in fresh constrained foams: Transition to self-similar evolution. Colloids Surf. A, 2019, vol. 579, art. 123693. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123693
  33. Burnett G., Chae J. J., Tam W. Y., Almeida R. M. C., Tabor M. Structure and dynamics of breaking foams. Phys. Rev. E, 1995, vol. 51, no. 6, pp. 5788–5800. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.51.5788
  34. Chae J. J., Tabor M. Dynamics of foams with and without wall rupture. Phys. Rev. E, 1997, vol. 55, no. 1, pp. 598–611. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.55.598
  35. Müller W., Di Meglio J.-M. Avalanches in draining foams. J. Phys.: Condens. Matter, 1999, vol. 11, no. 21, pp. L209–L215.
Поступила в редакцию: 
08.12.2025
Принята к публикации: 
07.04.2026
Опубликована: 
30.06.2026
  • 4 просмотра