Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузырьков показало, что они нагреваются не так сильно, как считалось ранее. Вибрирующие нанопузырьки находят неожиданное применение в качестве ультразвуковых контрастных агентов при диагностике рака.

Их также можно заставить схлопнуться, уничтожив близлежащие микроскопические загрязнения, для очистки сточных вод и поверхности деликатных микрофлюидных устройств.

Жесткость нанопузырьков при их колебаниях сильно зависит от их внутренней температуры, и понимание этой зависимости позволяет лучше предсказывать их размеры в экспериментах и проектировать их в этих приложениях.

Используя ARCHER2, ведущий национальный суперкомпьютер Великобритании, расположенный в Эдинбургском университете, исследователи обнаружили два различных наноразмерных эффекта, влияющих на пузырьки диаметром менее одной тысячной миллиметра.

Высокая плотность газа внутри пузырьков приводит к тому, что молекулы чаще отскакивают друг от друга, что приводит к увеличению жесткости пузырьков даже при постоянной температуре.

Другой эффект от наноразмерных размеров пузырька — появление изолирующего слоя вокруг пузырька, который уменьшает способность пузырька рассеивать внутреннее тепло, что изменяет способ его вибрации.

Исследование показало истинное распределение давления и температуры внутри нанопузырей, используя высокодетальное моделирование молекулярной динамики, и нашло лучшую модель для описания их динамики.

Руководитель исследования, доктор Дункан Докар, научный сотрудник RAEng, Инженерная школа Эдинбургского университета, сказал:

Результаты этих исследований позволят нам использовать нанопузырьки для повышения эффективности процессов очистки воды и точной очистки микроэлектронных устройств.

Эта работа также подчеркивает роль пузырьков в будущих нанотехнологиях, к которым в последние годы проявляется большой интерес. Наши предстоящие исследования сосредоточены на необычных наноразмерных эффектах, влияющих на эти пузырьки, которые не распространены в повседневной технике.

Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.

24.01.2024