Grafeen-microbellen zijn perfecte lenzen

Kleine belletjes kunnen grote problemen oplossen. Microbellen – met een diameter van ongeveer 1-50 micrometer – hebben wijdverbreide toepassingen. Ze worden gebruikt voor medicijnafgifte, membraanreiniging, biofilmcontrole en waterbehandeling. Ze zijn toegepast als actuatoren in lab-on-a-chip-apparaten voor microfluïdische menging, inkjetprinten en logische schakelingen, en in fotonica-lithografie en optische resonatoren. En ze hebben opmerkelijk bijgedragen aan biomedische beeldvorming en toepassingen zoals DNA-trapping en -manipulatie.

Gezien het brede scala aan toepassingen voor microbellen, zijn er veel methoden ontwikkeld om ze te genereren, waaronder luchtstroomcompressie om lucht in vloeistof op te lossen, ultrasoon geluid om bellen in water te veroorzaken en laserpulsen om substraten bloot te stellen die in vloeistoffen zijn ondergedompeld. Deze bellen hebben echter de neiging willekeurig in vloeistof te worden gedispergeerd en zijn tamelijk onstabiel.

Volgens Baohua Jia, professor en oprichter en directeur van het Center for Translational Atomaterials aan de Swinburne University of Technology, “Voor toepassingen die een precieze positie en grootte van de bellen vereisen, evenals een hoge stabiliteit – bijvoorbeeld bij fotonische toepassingen zoals beeldvorming en trapping – bellen op nauwkeurige posities met regelbaar volume, kromming en stabiliteit is essentieel. ” Jia legt uit dat het voor integratie in biologische of fotonische platforms zeer wenselijk is om goed gecontroleerde en stabiele microbellen te laten vervaardigen met behulp van een techniek die compatibel is met de huidige verwerkingstechnologieën.

Ballonnen in grafeen

Jia en collega-onderzoekers van de Swinburne University of Technology werkten onlangs samen met onderzoekers van de National University of Singapore, Rutgers University, University of Melbourne en Monash University om een ​​methode te ontwikkelen om nauwkeurig geregelde grafeen-microbellen op een glazen oppervlak te genereren met behulp van laserpulsen. Hun rapport is gepubliceerd in het peer-reviewed, open access tijdschrift, Geavanceerde fotonica.

De groep gebruikte grafeenoxidematerialen, die bestaan ​​uit grafeenfilm versierd met functionele zuurstofgroepen. Gassen kunnen niet door grafeenoxidematerialen dringen, dus gebruikten de onderzoekers laser om de grafeenoxidefilm lokaal te bestralen om gassen te genereren die in de film zouden worden ingekapseld om microbellen te vormen – zoals ballonnen. Han Lin, Senior Research Fellow aan de Swinburne University en eerste auteur van het artikel, legt uit: “Op deze manier kunnen de posities van de microbellen goed worden gecontroleerd door de laser, en kunnen de microbellen naar believen worden gemaakt en verwijderd. , kan de hoeveelheid gassen worden geregeld door het bestralingsgebied en het bestralingsvermogen. Daarom kan een hoge precisie worden bereikt. “

Zo’n hoogwaardige bel kan worden gebruikt voor geavanceerde opto-elektronische en micromechanische apparaten met hoge precisie-eisen.

De onderzoekers ontdekten dat de hoge uniformiteit van de grafeenoxidefilms microbellen creëert met een perfecte sferische kromming die kunnen worden gebruikt als concave reflecterende lenzen. Als showcase gebruikten ze de concave reflecterende lenzen om het licht te focussen. Het team meldt dat de lens een hoogwaardig brandpunt in een zeer goede vorm presenteert en kan worden gebruikt als lichtbron voor microscopische beeldvorming.

Lin legt uit dat de reflecterende lenzen ook in staat zijn om licht op verschillende golflengten op hetzelfde brandpunt te focussen zonder chromatische aberratie. Het team demonstreert de focussering van een ultrabreedband wit licht, dat het zichtbare tot nabij-infrarode bereik dekt, met dezelfde hoge prestaties, wat vooral nuttig is bij compacte microscopie en spectroscopie.

Jia merkt op dat het onderzoek een ‘pad biedt voor het naar believen genereren van zeer gecontroleerde microbellen en de integratie van grafeenmicrobelletjes als dynamische en zeer nauwkeurige nanofotonische componenten voor geminiaturiseerde lab-on-a-chip-apparaten, samen met brede potentiële toepassingen in spectroscopie met hoge resolutie en medische toepassingen. in beeld brengen.”