• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Fjärrkontroll av värmenanokällors rörelse och termiskt inducerade vätskeflöden genom att använda lätta krafter

    a, Flera guld-NP:er (sfärer med 200 nm radie) är begränsade av en ringformad laserfälla (våglängd 532 nm) och transporteras optiskt runt den. Dessa NP:er sätts snabbt samman till en stabil grupp av heta partiklar och skapar en begränsad värmekälla (G-NP) med temperatur ~500 K. Fria (ej fångade) guld-NP:er som fungerar som spårpartiklar dras mot G-NP genom verkan av termiskt inducerat vattenflöde skapat runt det (se video S5 i tidningen). Hastigheten på G-NP styrs av den optiska framdrivningskraften som är proportionell mot fasgradientstyrkan skräddarsydd längs laserfällan som visas i b, motsvarande transporttillståndet 1. Denna olikformiga framdrivningskraft driver G-NP till en maximal hastighet på 42 μm/s. b, Skiss över omkopplingen av fasgradientkonfigurationen (tillstånd 1 och 2) som möjliggör en mer sofistikerad manipulation av värmekällan:splittring och sammanslagning av G-NP. (c), De motsatta genomsnittliga framdrivningskrafterna i den delade regionen (se tillstånd 3 vid ~0 grader, som visas i b) separera NP som tillhör den ursprungliga G-NP och skapar därmed G-NP1 och G-NP2, som observerats i den visade sekvensen (se Video S6 i tidningen). Dessa två nya värmekällor drivs av den tidsgenomsnittliga framdrivningskraften som motsvarar tillstånd 3 i motsatta riktningar mot regionen där de slutligen åter övergår till en gemensam G-NP. Komplexa transportbanor för G-NP-leverans, till exempel i form av knutkrets (se video S7 i tidningen), kan skapas för att möjliggöra rumslig distribution av rörliga värmekällor över ett målnätverk Kredit:José A. Rodrigo, Mercedes Angulo och Tatiana Alieva

    I dag, optofluidik är en av de mest representativa tillämpningarna av fotonik för biologisk/kemisk analys. Förmågan hos plasmoniska strukturer (t.ex. kolloidala guld- och silvernanopartiklar, NP) under belysning för att frigöra värme och inducera vätskekonvektion i mikroskala har väckt stort intresse under de senaste två decennierna. Deras storleks- och formberoende samt våglängdsavstämbara optiska och termiska egenskaper har banat väg för relevanta tillämpningar som fototermisk terapi/avbildning, materialbearbetning, biosensing och termisk optofluidik för att nämna några. In-situ-bildning och rörelsekontroll av plasmonförstärkta värmekällor kan bana väg för ytterligare utnyttjande av deras funktioner, speciellt inom optofluidik. Dock, detta är ett utmanande multidisciplinärt problem som kombinerar optik, termodynamik och hydrodynamik.

    I en nyligen publicerad tidning i Ljusvetenskap och tillämpningar , Professor Jose A. Rodrigo och medarbetare från Complutense University of Madrid, Fysiska fakulteten, Institutionen för optik, Spanien, har utvecklat en teknik för att gemensamt kontrollera bildningen och rörelsen av värmekällor (grupp av guld-NP) såväl som av de associerade termiskt inducerade vätskeflöden som skapas runt dem. Forskarna sammanfattar den operativa principen för deras teknik, "Tekniken tillämpar en strukturerad laserstrålefälla för att utöva en optisk framdrivningskraft över de plasmoniska NP:erna för deras rörelsekontroll, medan samma laser samtidigt värmer upp dem. Eftersom både formen på laserfällan och de optiska framdrivningskrafterna är lätta och oberoende skräddarsydda, de heta NP:erna kan transporteras optiskt längs omkonfigurerbara rutter med kontrollerad hastighet enligt den stående applikationen."

    "Baserat på denna fjärrstyrda ljusstyrda manipuleringsmekanism, vi rapporterar det första beviset på termiskt inducerat vätskeflöde som härrör från en rörlig värmekälla med kontrollerad hastighet längs målbanan. Denna kontaktlösa manipulering av en vätska i mikroskala ger en mångsidig optofluidisk aktivering som möjliggör nya funktioner, till exempel, att leverera nanoobjekt och analyter selektivt till målplatser som kemi- och biologiforskning kräver. Dessutom, vi demonstrerar experimentellt att den rumsliga och tidsmässiga kontrollen av den optiska framdrivningskraften tillåter förändring av vätskeströmmarna samt in-situ delning/sammanslagning av den dynamiska gruppen av NP som utgör värmekällan. De rapporterade resultaten har grundläggande och praktisk betydelse inom området optisk manipulation av nanostrukturer och termisk optofluidik. Detta är ett bra exempel på synergin mellan optisk manipulation, termoplasmonik och hydrodynamik."

    Fysikerna föreställer sig, "Den uppnådda kombinationen av optiskt inducerad uppvärmning av plasmoniska NP och deras samtidiga programmerbara optiska transport bryter mark för lätt mikrorobotik och, särskilt, för skapandet av framtida termiska optofluidiska verktyg."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com