Kleine trillende belletjes kunnen tot een betere waterbehandeling leiden

Vers onderzoek Onderzoek naar de fysica van vibrerende nanobellen laat zien dat ze niet zo warm worden als eerder werd gedacht. Het werk verschijnt in Nano-brieven.

Vibrerende nanobellen hebben verrassende toepassingen als ultrasone contrastmiddelen bij de diagnose van kanker. Ze kunnen ook worden gedwongen in te storten, waarbij nabijgelegen microscopische verontreinigingen worden vernietigd, voor afvalwaterbehandeling en oppervlaktereiniging van delicate microfluïdische apparaten. De stijfheid van een nanobel terwijl deze trilt, hangt sterk samen met de interne temperatuur ervan, en het kunnen begrijpen van deze relatie leidt tot betere voorspellingen van de grootte van nanobellen in experimenten en hun ontwerp in deze toepassingen.

Met behulp van ARCHER2, de grootste nationale supercomputer van Groot-Brittannië, gehost aan de Universiteit van Edinburgh, vond het onderzoek twee verschillende effecten op nanoschaal die invloed hebben op bellen met een diameter van minder dan een duizendste van een millimeter.

De hoge dichtheid van het gas in de bellen zorgt ervoor dat moleculen vaker van elkaar stuiteren, wat resulteert in een verhoogde belstijfheid, zelfs bij constante temperaturen. Een ander effect van de afmetingen van de bel op nanoschaal was het ontstaan ​​van een isolerende laag rond de bel, waardoor het vermogen van de bel om de interne warmte af te voeren, werd verminderd, waardoor de manier waarop deze trilde veranderde.

De studie onthulde de werkelijke druk- en temperatuurverdelingen in nanobellen, met behulp van zeer gedetailleerde moleculaire dynamica-simulaties, en vond een beter model om hun dynamiek te beschrijven.

Onderzoeksleider Dr. Duncan Dockar, RAEng Research Fellow, School of Engineering, Universiteit van Edinburgh, zei: “De resultaten van deze bevindingen zullen ons in staat stellen nanobellen te gebruiken voor betere efficiëntie in waterbehandelingsprocessen en nauwkeurige reiniging van micro-elektronische apparaten. Dit werk benadrukt ook de rol van bubbels in toekomstige nanotechnologieën, waarvoor de afgelopen jaren veel belangstelling is geweest. Ons komende onderzoek richt zich op de ongebruikelijke effecten op nanoschaal die deze bubbels beïnvloeden, die niet gebruikelijk zijn in de dagelijkse techniek.”