La formación y el colapso de burbujas microscópicas es importante en una amplia gama de campos como un mecanismo potencial detrás del daño tisular, como en casos de lesiones cerebrales traumáticas inducidas por ondas explosivas, y como una herramienta útil para aplicaciones tecnológicas, como mecánica. evaluación de propiedades, manipulación de nanomateriales y limpieza de superficies.

Las nanoburbujas han sido de particular interés en estas áreas porque, a pesar de la pequeña cantidad de energía necesaria para su formación, su localización extrema abre la posibilidad de impactos de gran tamaño. Sin embargo, la comprensión de la respuesta dinámica en burbujas de pequeña escala se ha visto limitada por los desafíos experimentales asociados con el sondeo hasta la nanoescala.

Pero los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han adoptado un enfoque único para caracterizar la dinámica de las burbujas micro y submicrónicas utilizando un sistema único de microscopía electrónica de transmisión dinámica en modo película (MM-DTEM), que se construyó especialmente para generar imágenes con pulsos de electrones cortos. generado por un tren de pulsos láser altamente sintonizable.

"Si bien la imagen óptica secuencial (es decir, la grabación de películas) ha contribuido significativamente a nuestra comprensión de la cavitación y otros comportamientos complejos de las burbujas en la escala más grande (decenas de micrómetros a milímetros), la longitud necesaria y las resoluciones temporales hacen que un enfoque tan tradicional no sea factible para las nanoburbujas. ", dijo el científico de materiales del LLNL Garth Egan, autor principal de un artículo que aparece en Nano Letters .

En el pasado, se han aplicado imágenes ópticas de disparo único, con pulsos de láser cortos para iluminar la burbuja en tiempos establecidos en relación con el inicio de la burbuja, para lograr la resolución temporal requerida. Sin embargo, los límites fundamentales de la resolución espacial de la microscopía óptica restringen la practicidad de este enfoque cuando las burbujas alcanzan la nanoescala y la naturaleza de una sola imagen limita su utilidad para interacciones complejas y no repetibles.

Para tomar las imágenes a nanoescala, el equipo del LLNL disparó un pulso láser de 532 nanómetros (alrededor de 12 nanosegundos [ns]) para excitar nanopartículas de oro dentro de una capa de agua de 1,2 micrones. Las burbujas resultantes se observaron con una serie de nueve pulsos de electrones (10 ns) separados por tan solo 40 ns de pico a pico. Los investigadores descubrieron que se observó que las nanoburbujas aisladas colapsaban en menos de 50 ns, mientras que las burbujas más grandes (∼2–3 micras) crecían y colapsaban en menos de 200 ns.

Se observó que las burbujas aisladas se comportaban de manera consistente con los modelos derivados de los datos de burbujas mucho más grandes. Se observó que la formación y el colapso eran temporalmente asimétricos, lo que tiene implicaciones sobre cómo se interpretan los resultados de métodos alternativos de análisis experimental. También se observaron interacciones más complejas entre burbujas adyacentes, lo que llevó a que las burbujas vivieran más de lo esperado y rebotaran al colapsar. + Explora más

Imágenes de destello de rayos X de burbujas inducidas por láser y ondas de choque en el agua