Cuando las nanopartículas de oro en el agua son iluminadas por un láser, se calientan mucho:muy por encima del punto de ebullición del agua. La formación de burbujas de vapor causada por esto, es bien sabido. Nuevos experimentos sin embargo, utilizando una cámara de muy alta velocidad, ahora demuestre que antes de esto, se forma una burbuja que es mucho más grande y, después, explota violentamente. Para la conversión de energía de las partículas al líquido en el que se encuentran, este descubrimiento de la dinámica de la fase temprana es muy importante. Investigadores de la Universidad de Twente y la Universidad de Utrecht en los Países Bajos publican ahora estos nuevos resultados en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).
Las nanopartículas aceleran localmente la ebullición del agua cuando la luz láser las ilumina. En la superficie de las partículas, los electrones oscilan colectivamente. La vaporización a través de estos llamados 'plasmones' es mucho más fuerte que en caso de que simplemente calentara el agua localmente con un láser. Hasta ahora, la 'juventud temprana' de esta formación de burbujas no se tuvo en cuenta, mientras que esta primera fase de nucleación y dinámica temprana determina en gran medida las fases posteriores.
Hasta ahora, el comportamiento de las burbujas se estudió en escalas de tiempo de milisegundos. Gracias a la cámara ultrarrápida "Brandaris128, "desarrollado por la Universidad de Twente, ahora es posible mirar incluso en la escala de tiempo de nanosegundos. Un poco después de que la nanopartícula se calienta, se forma una burbuja que es cien veces mayor en volumen que las burbujas posteriores. Esta burbuja explota seguido de burbujas más pequeñas que oscilan. En el final, el conocido mecanismo se hace cargo, de burbujas que crecen por vaporización del agua y por difusión del gas que se disuelve en el agua.
Intuitivamente, cabría esperar que el tamaño de esta burbuja gigante inicial se hiciera más grande con una mayor potencia de láser en la nanopartícula. En realidad, Es al contrario. A una potencia láser más baja, se necesita más tiempo para que comience la formación de burbujas, pero esto es explosivo. El tamaño también está determinado por la cantidad de gas en el agua:"agua pobre en gas" produce burbujas más grandes. Aquí, también el retraso juega un papel. Los experimentos y cálculos muestran que la burbuja gigante es una burbuja de vapor puro y no una burbuja de gas:el volumen máximo depende linealmente de la energía.
Al controlar la dinámica de inicio temprano y la violencia, las aplicaciones de las nanopartículas pueden aprovecharse aún más. Las burbujas mejoran la conversión de energía, pero el crecimiento explosivo podría incluso causar daño en el tejido circundante, en aplicaciones médicas. Se utilizarán nanopartículas como catalizadores, para acelerar las reacciones químicas. Para esta aplicación, el crecimiento explosivo recién descubierto puede ser una ventaja.
La investigación se ha realizado en el Centro de Conversión de Energía Catalítica Multiescala de los Países Bajos, un programa holandés "Zwaartekracht" destinado a la conversión de energía a varias escalas. Los colaboradores del artículo son de los grupos:Física de los fluidos, Laboratorio de BIOS en un chip, Física de interfaces y nanomateriales (Universidad de Twente, Institutos MESA + y TechMed) así como Química Inorgánica y Catálisis (Universidad de Utrecht)
El papel, "Burbujas plasmónicas gigantes y explosivas por nucleación 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 el 12 de julio en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).
