Quando nanopartículas de ouro na água são iluminadas por um laser, ficam muito quentes:bem acima do ponto de ebulição da água. A formação de bolhas de vapor causada por isso, é bem conhecido. Novos experimentos, Contudo, usando uma câmera de alta velocidade, agora mostre que antes disso, uma bolha é formada que é muito maior e, subseqüentemente, explode violentamente. Para a conversão de energia das partículas para o líquido em que estão, esta descoberta da dinâmica de fase inicial é muito importante. Pesquisadores da Universidade de Twente e da Universidade de Utrecht na Holanda agora publicam esses novos resultados no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )
As nanopartículas aceleram localmente a fervura da água quando a luz do laser as ilumina. Na superfície das partículas, elétrons oscilam coletivamente. A vaporização por meio desses chamados 'plasmons' é muito mais forte do que no caso de você apenas aquecer localmente a água usando um laser. Até agora, a 'juventude' desta formação de bolha não foi levada em consideração, enquanto esta primeira fase de nucleação e dinâmica inicial determina as fases subsequentes em grande medida.
Até agora, o comportamento da bolha foi estudado em escalas de tempo de milissegundos. Graças à câmera muito rápida "Brandaris128, "desenvolvido pela Universidade de Twente, agora é possível olhar até mesmo para a escala de tempo dos nanossegundos. Um pouco depois que a nanopartícula aquece, forma-se uma bolha que é cem vezes maior em volume do que as bolhas posteriores. Esta bolha explode, seguido por bolhas menores oscilantes. No fim, o mecanismo conhecido assume, de bolhas que crescem por vaporização da água e pela difusão do gás que se dissolve na água.
Intuitivamente, você esperaria que o tamanho dessa bolha gigante inicial ficasse maior com um maior poder de laser na nanopartícula. Na realidade, é o contrário. Com uma potência de laser mais baixa, leva mais tempo para a formação da bolha começar, mas isso é explosivo. O tamanho também é determinado pela quantidade de gás na água:'água pobre em gás' dá bolhas maiores. Aqui, também o atraso desempenha um papel. Experimentos e cálculos mostram que a bolha gigante é uma bolha de vapor puro e não uma bolha de gás:o volume máximo é linearmente dependente da energia.
Ao controlar a dinâmica e a violência do início precoce, as aplicações das nanopartículas podem ser exploradas posteriormente. As bolhas aumentam a conversão de energia, mas o crescimento explosivo pode até causar danos no tecido circundante, em aplicações médicas. Nanopartículas serão usadas como catalisadores, para acelerar reações químicas. Para este aplicativo, o crescimento explosivo recém-descoberto pode ser uma vantagem.
A pesquisa foi realizada no Centro Holandês para Conversão de Energia Catalítica Multiescala, um programa holandês "Zwaartekracht" voltado para a conversão de energia em várias escalas. Os colaboradores do artigo são dos grupos:Física dos Fluidos, BIOS Lab-on-a-Chip, Física de interfaces e nanomateriais (Universidade de Twente, MESA + e institutos TechMed), bem como Química Inorgânica e Catálise (Universidade de Utrecht)
O papel, "Bolhas plasmônicas gigantes e explosivas por nucleação retardada, "por Yuliang Wang, Mikhail Zaytsev, Guillaume Lajoinie, Hai Le The, Jan Eijkel, Albert van den Berg, Michel Versluis, Bert Weckhuysen, Xuehua Zhang, Harold Zandvliet en Detlef Lohse, aparece em 12 de julho em Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )
