Små vibrerende bobler kan føre til bedre vandbehandling

Ny forskning i vibrerende nanoboblers fysik afslører, at de ikke opvarmes så meget som tidligere antaget. Værket vises i Nano Letters .

Vibrerende nanobobler har overraskende anvendelser som ultralydskontrastmidler til kræftdiagnose. De kan også blive tvunget til at kollapse - ødelægge nærliggende mikroskopiske forurenende stoffer - til spildevandsbehandling og overfladerensning af sarte mikrofluidiske enheder. Stivheden af ​​en nanoboble, når den vibrerer, er stærkt relateret til dens indre temperatur, og at kunne forstå dette forhold fører til bedre forudsigelser af nanoboblernes størrelse i eksperimenter og deres design i disse applikationer.

Ved at bruge ARCHER2, Storbritanniens førende nationale supercomputer, der er hostet på University of Edinburgh, fandt forskningen to særskilte effekter på nanoskala, der påvirker bobler med en diameter på mindre end en tusindedel af en millimeter på tværs.

Den høje tæthed af gassen inde i boblerne fører til, at molekyler hopper af hinanden hyppigere, hvilket resulterer i en øget boblestivhed, selv ved konstante temperaturer. En anden effekt fra boblens nanoskaladimensioner var fremkomsten af ​​et isolerende lag omkring boblen, som reducerede boblens evne til at sprede den indre varme, hvilket ændrede den måde, den vibrerede på.

Undersøgelsen afslørede de sande tryk- og temperaturfordelinger inde i nanobobler ved hjælp af højdetaljerede molekylær dynamiksimuleringer og fandt en bedre model til at beskrive deres dynamik.

Studieleder, Dr. Duncan Dockar, RAEng Research Fellow, School of Engineering, University of Edinburgh, sagde:"Resultaterne af disse resultater vil give os mulighed for at anvende nanobobler til bedre effektivitet i vandbehandlingsprocesser og præcis rensning af mikroelektroniske enheder. Arbejdet fremhæver også boblernes rolle i fremtidens nanoteknologier, som har oplevet stor interesse i de senere år. Vores kommende forskning fokuserer på de usædvanlige nanoskalaeffekter, der påvirker disse bobler, som ikke er almindelige i dagligdagens teknik."

Flere oplysninger: Duncan Dockar et al., Thermal Oscillations of Nanobubbles, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03052

Journaloplysninger: Nano-bogstaver

Leveret af University of Edinburgh