Ny forskning om fysiken hos vibrerande nanobubblor visar att de inte värms upp så mycket som man tidigare trott. Verket visas i Nano Letters .
Vibrerande nanobubblor har överraskande användningsområden som ultraljudskontrastmedel vid cancerdiagnostik. De kan också tvingas att kollapsa – förstöra närliggande mikroskopiska föroreningar – för avloppsvattenrening och ytrengöring av känsliga mikrofluidiska enheter. Styvheten hos en nanobubbla när den vibrerar är starkt relaterad till dess inre temperatur, och att kunna förstå detta förhållande leder till bättre förutsägelser om nanobubblors storlek i experiment och deras design i dessa applikationer.
Med hjälp av ARCHER2, Storbritanniens nationella ledande superdator som är värd vid University of Edinburgh, fann forskningen två distinkta effekter i nanoskala som påverkar bubblor med diameter mindre än en tusendels millimeter i diameter.
Den höga densiteten av gasen inuti bubblorna leder till att molekyler studsar av varandra oftare, vilket resulterar i en ökad bubbelstyvhet, även vid konstant temperatur. En annan effekt från bubblans dimensioner i nanoskala var uppkomsten av ett isolerande skikt runt bubblan, vilket minskade bubblans förmåga att avleda den inre värmen, vilket ändrade hur den vibrerade.
Studien avslöjade de verkliga tryck- och temperaturfördelningarna inuti nanobubblor, med hjälp av molekylära dynamiksimuleringar med hög detaljrikedom, och hittade en bättre modell för att beskriva deras dynamik.
Studieledare, Dr. Duncan Dockar, RAEng Research Fellow, School of Engineering, University of Edinburgh, sa:"Resultaten av dessa fynd kommer att tillåta oss att använda nanobubblor för bättre effektivitet i vattenbehandlingsprocesser och exakt rengöring av mikroelektroniska enheter. Arbetet belyser också bubblornas roll i framtida nanoteknik, som har fått ett stort intresse under de senaste åren Vår kommande forskning fokuserar på de ovanliga nanoskaliga effekterna som påverkar dessa bubblor, som inte är vanliga i vardagsteknik."
Mer information: Duncan Dockar et al, Thermal Oscillations of Nanobubbles, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03052
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av University of Edinburgh
