A formação e colapso de bolhas microscópicas é importante em uma ampla gama de campos, tanto como um mecanismo potencial por trás do dano tecidual, como em casos de lesão cerebral traumática induzida por ondas de choque, quanto como uma ferramenta útil para aplicações de tecnologia, como mecânica avaliação de propriedades, manipulação de nanomateriais e limpeza de superfícies.
As nanobolhas têm sido de particular interesse nessas áreas porque, apesar da pequena quantidade de energia necessária para a formação, sua localização extrema abre o potencial para impactos desproporcionais. No entanto, a compreensão da resposta dinâmica em tais bolhas de pequena escala tem sido limitada pelos desafios experimentais associados à sondagem em nanoescala.

Mas os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) adotaram uma abordagem única para caracterizar a dinâmica das bolhas micro e submicrônicas usando um sistema exclusivo de microscopia eletrônica de transmissão dinâmica em modo de filme (MM-DTEM), que foi especialmente construído para imagens com pulsos de elétrons curtos gerado por um trem de pulsos de laser altamente ajustável.

"Embora a imagem óptica sequencial (ou seja, a gravação de filmes) tenha contribuído significativamente para nossa compreensão da cavitação e de outros comportamentos complexos de bolhas na escala maior (10s de micrômetro a milímetro), o comprimento necessário e as resoluções temporais tornam essa abordagem tradicional inviável para nanobolhas ", disse Garth Egan, cientista de materiais do LLNL, principal autor de um artigo publicado em Nano Letters .

No passado, imagens ópticas de disparo único, com pulsos de laser curtos usados ​​para iluminar a bolha em tempos definidos em relação ao início da bolha, foram aplicadas para atingir a resolução temporal necessária. No entanto, limites fundamentais para a resolução espacial da microscopia óptica restringem a praticidade dessa abordagem quando as bolhas atingem a nanoescala e a natureza da imagem única limita sua utilidade para interações complexas e não repetíveis.

Para tirar as imagens em nanoescala, a equipe do LLNL disparou um pulso de laser de 532 nanômetros (cerca de 12 nanossegundos [ns]) para excitar nanopartículas de ouro dentro de uma camada de água de 1,2 mícron. As bolhas resultantes foram observadas com uma série de nove pulsos de elétrons (10 ns) separados por apenas 40 ns pico a pico. Os pesquisadores descobriram que nanobolhas isoladas foram observadas colapsando em menos de 50 ns, enquanto bolhas maiores (~2-3 mícrons) foram observadas crescendo e colapsando em menos de 200 ns.

Bolhas isoladas foram observadas se comportando de forma consistente com modelos derivados de dados de bolhas muito maiores. A formação e o colapso foram observados como temporalmente assimétricos, o que tem implicações em como os resultados de métodos alternativos de análise experimental são interpretados. Interações mais complexas entre bolhas adjacentes também foram observadas, o que levou as bolhas a viverem mais do que o esperado e se recuperarem após o colapso. + Explorar mais

Imagens de raios-X de bolhas e ondas de choque induzidas por laser na água